Neuromuscular adaptation of conscripts during an 8-week military basic training period in Finnish winter conditions

Abstract

Salo Kristiina 2013. Varusmiesten hermo-lihasjärjestelmän muutokset 8 viikkoa kestävän armeijan peruskoulutuskauden aikana talviolosuhteissa. Liikuntabiologian laitos, Jyväskylän yliopisto. Biomekaniikan pro gradu, 70 s.

Tutkimustyön tavoitteena oli tutkia talvella tapahtuvan ja 8 viikkoa kestävän armeijan peruskoulutuskauden vaikutukset hermolihasjärjestelmän toimintaan ja voimantuottokykyyn, vertailla niissä havaittujen muutosten yhteyttä maksimaaliseen hapenottokykyyn (VO2max) sekä arvioida mahdollista ylikuormittumista. Koehenkilöinä oli 24 mieshenkilöä (18–21 vuotiaita). Heidät jaettiin edelleen kolmeen eri kuntoryhmään (G1 hyvä > 46.0 ml/kg/min; G2 keskinkertainen = 40.0 – 45.9 ml/kg/min; G3 alhainen < 39.9 ml/kg/min) perustuen maksimaalisen hapenottokyvyn (VO2max) tulokseen, joka mitattiin peruskoulutuskauden alussa.

H-refleksi (Hmax/Mmax) mitattiin levossa ja V–aalto (V/Mmax) maksimaalisen isometrisen plantaarifleksion aikana Soleus -lihaksesta peruskoulutuskaudella 1, 5 ja 8 viikon koh-dalla. Maksimaalinen jalan ojennusvoima (MVC) ja räjähtävä voimantuottokyky mitattiin huippuvoimana (0-500ms) nelipäisestä reisilihaksesta maksimaalisen isometrisen suorituksen aikana jalkapenkkiprässissä samoissa aikapisteissä. Lihasaktiivisuus mitat-tiin jalkapenkkiprässissä EMG signaaleilla ulommasta ja sisemmästä reisilihaksesta. Passiivinen lihasnykäysvaste mitattiin kolmipäisestä pohjelihaksesta. Maksimaalinen hapenottokyky (VO2max) testattiin ensimmäisen viikon lisäksi myös viikoilla 5 ja 8. Tutkimuksen päälöydöksiä olivat aerobiselta kuntotasoltaan erikuntoisten alokkaiden hermolihasjärjestelmän muuttujissa (H – refleksi ja V – aalto) havaitut erot. Tämä oli havaittavissa erityisesti V – aaltovasteissa, jotka olivat tilastollisesti alhaisemmat huonokuntoisemmalla ryhmällä koko peruskoulutuskauden ajan. H – refleksi oli tilastolli-sesti korkeampi G1 ryhmällä 5 viikon harjoittelun jälkeen verrattuna molempiin G2 ja G3 ryhmiin (G2 -39 % p < 0.01, G3 -32 % p < 0.05). H – refleksi kasvoi merkittävästi vain ryhmän G2 sisällä ja viimeisen 3 harjoitusviikon aikana (38 % p < 0.05). V – aalto oli merkittävästi alhaisempi G3 ryhmällä verrattuna G1 ryhmään peruskoulutuskauden alussa, 5 viikon jälkeen sekä kauden lopussa (-40 % - -57 % p < 0.01 - 0.05). Lihasvoiman muuttujissa (jalan ojennusliikkeen MVC sekä räjähtävän voimantuotto) ei havaittu tilastollisesti merkittäviä muutoksia ryhmien sisällä tai niiden välillä. Passiivinen lihasnykäys osoitti merkittävästi korkeampi arvoja G1 ryhmälle verrattuna G2 ryhmään 5 viikon harjoittelun jälkeen (-28 % p < 0.05). aEMG500 / aEMGmax – suhde osoitti mer-kitseviä löydöksiä G3 ryhmän sisällä harjoitusviikoilla 1 ja 5 (-35 % p < 0.05). Maksi-maalisen hapenottokyvyn (VO2max) arvot kasvoivat kaikissa ryhmissä koko peruskoulu-tuskauden ajan. Tilastollisesti merkittävät VO2max muutokset näkyivät ryhmissä G1 ja G2, mitkä olivat merkittävästi korkeammat verrattuna ryhmään G3 5 viikon jälkeen (G1 -27 % p < 0.01, G2 -20 % p < 0.01) sekä 8 viikon jälkeen (G1 -25 % p < 0.01, G2 -21 % p < 0.01).

Tutkimuksen johtopäätös oli, että hyväkuntoisten alokkaiden huomattavasti paremmat H-refleksivasteet osoittavat heikompaa hermolihasjärjestelmän adaptoitumista niillä, joilla on huonompi aerobinen suorituskyky. Tätä johtopäätöstä tukee myös hyväkuntoisten alokkaiden korkeammat V-aaltovasteet, kun verrattiin niitä heikompikuntoisten vasteisiin kaikilla mittausviikoilla. Heikko sentraalinen aktiivisuus voi yleisesti johtaa suo-rituskyvyn heikkenemiseen ja sen vuoksi jopa sotilaskoulutuksen keskeytyksiin. Tietyn-lainen harjoittelu voi parantaa näitä tuloksia, kun aiemmissa tutkimuksissa on todettu jopa 3-4 viikon voimaharjoittelun osoittavan kasvua hermolihasjärjestelmän vasteissa. Passiivisen lihasnykäyksen tuloksissa ei havaittu huomattavia muutoksia, mikä osoittaa, että lihaksen voimantuotto-ominaisuudet eivät heikentyneet, mutta eivät myöskään ke-hittyneet peruskoulutuskauden aikana. Ylikuormittumisesta ei havaittu merkkejä missään ryhmissä, kun tarkasteltiin voimantuoton ja aerobisen suorituskyvyn tuloksia.

Avainsanat: Aerobinen suorituskyky, hermolihasjärjestelmän väsyminen, ylikuormitus

Salo Kristiina 2013. Neuromuscular adaptation of conscripts during an 8-week military basic training period in Finnish winter conditions. Department of Biology of Physical Activity, University of Jyväskylä. Master’s Thesis of Biomechanics, 70 p.

The purpose of this study was to evaluate the development of neuromuscular adaptation, whether aerobic capacity (VO2max) is related to the neuromuscular adaptation and possible overreaching of the neuromuscular system during 8 weeks of basic training (BT) in winter conditions. 24 male conscripts (18-21 years) participated in the study. They were divided into three groups (G1 good; G2 moderate; G3 low) based on their VO2max values at the beginning of BT. Good > 46.0 ml/kg/min for group 1; moderate 40.0 -45.9 ml/kg/min for group 2; low < 39.9 ml/kg/min for group 3.

H–reflex (Hmax/Mmax) at rest and V–wave (V/Mmax) during maximal isometric plantar flexion were measured from the soleus muscle in the beginning, after 5 weeks and at the end of 8 week long BT. Maximal leg extension force (MVC) and rapid force production as a peak force (0-500ms) were measured from quadriceps muscle group during maximal isometric leg bench press at the same time points. Muscle activity was measured in the same leg bench press with EMG signals from Vastus Lateralis and Vastus Medialis muscles. Passive twitch response was measured from Triceps Surae muscle.

The major finding of this study was the differences observed in the neural activity (H–reflex and V–wave) in conscripts of different aerobic fitness level. This was seen especially in V-wave responses which were significantly lower in the poor aerobic capacity group during the entire BT period. H–reflex was significantly higher in G1 after 5 weeks of training compared to both G2 and G3 (G2 -39% p < 0.01, G3 -32% p < 0.05). H-reflex increased significantly only within G2 and during the last 3 weeks of training (38 % p < 0.05). V–wave was significantly lower in G3 compared to G1 in the beginning, after 5 weeks and at the end of BT (from -40 % to -57 % p < 0.01 - 0.05). There were no significant differences between the groups or changes in any of the groups in leg extension MVC or in rapid force production during the basic training. Passive twitch showed significantly higher values in G1 than in G2 during the fifth week of training (-28% p < 0.05). aEMG500 / aEMGmax – ratio from right leg extension showed significant findings within G3 between training weeks 1 and 5 (-35 % p < 0.05). The aerobic capacity measures (VO2max) showed a rising development for all groups during the entire basic training period. Statistically significant differences of VO2max were observed in groups G1 and G2 which were significantly higher compared to group G3 after 5 weeks (G1 -27% p < 0.01, G2 -20% p < 0.01) and after 8 weeks (G1 -25% p < 0.01, G2 -21% p < 0.01).

In conclusion significantly better H – reflex response for good level conscripts indicates weaker neuromuscular adaptation of those with poor in aerobic fitness level. This conclusion is also supported by the higher V – wave responses of the good level conscripts versus low in every week the measurements were made. Weaker central activity can lead to overall decrease in performance and therefore even to interruptions from military training. Certain type of training could improve these results while even 3-4 weeks of strength training has been shown to increase the neuromuscular responses. Passive twitch showed no significant change which indicates the muscle properties did not weaken but did not develop either. There were also no signs of overreaching in any group based on the measured force production and aerobic capacity values.

Keywords: Aerobic capacity, neuromuscular fatigue, overreaching