Relationship between physical performance and stress during 10-day winter survival training in soldiers

Abstract

Sotilaalta vaaditaan korkeaa resilienssiä, jotta sotilastehtävät voidaan suorittaa onnistuneesti operaatioissa ja sotaharjoituksissa. Yksi oleellinen osatekijä sotilaan resilienssiä on fyysinen suorituskyky. Tämän tutkimuksen tarkoitus oli tutkia muutoksia sotilaiden fyysisessä suorituskyvyssä, subjektiivisessa stressissä ja syljen biomarkkereissa 10 päivän talviselviytymisharjoituksen aikana. Lisäksi tutkittiin yhteyksiä sotilaiden fyysisen suorituskyvyn ja stressimarkkereiden välillä.

26 Suomen puolustusvoimien varusmiespalvelusta suorittavaa miespuolista sotilasta osallistui vapaaehtoisesti tutkimukseen (keskiarvo ± keskihajonta: ikä 20 ± 1 vuotta; pituus 180 ± 7 cm; paino 75.4 ± 10.2 kg ja painoindeksi 23.4 ± 2.5 kg/ m2). Tutkimuksen aikana tutkittavat osallistuivat 10 päivän kestoiseen selviytymisharjoitukseen talviolosuhteissa. Ensimmäiset kaksi päivää harjoituksesta oli valmisteluvaihetta, jolloin harjoiteltiin erilaisia selviytymistaitoja. Tätä seurasi 7 päivän kenttävaihe, jossa tutkittavat suorittivat haastavia sotilas- ja selviytymisharjoituksia. Fyysisen suorituskyvyn testit suoritettiin ennen (PRE), aikana (MID1, MID2) ja jälkeen (POST) harjoitusjakson. Sylkinäytteet kerättiin päivittäin kello 08:00 ja 20:00, joista kortisoli ja alfa-amylaasi analysoitiin. Subjektiivista stressiä mitattiin NASA – Task Load Index kyselyllä, jonka tutkittavat täyttivät joka aamu. Lisäksi kehonkoostumus mitattiin fyysisen suorituskyvyn mittauspäivinä, ja energiankulutus sekä energiansaanti kaikilta harjoituspäiviltä.

Kehonpaino laski 2.8 ± 3.1 kg PRE arvosta POST arvoon (p<0.01). Aamusta mitatun syljen kortisolin korkein arvo mitattiin päivänä neljä (43.2 ± 20.4 nmol/ L, p<0.001), joka oli 131 ± 86 % nousu PRE arvoon verrattuna. Aamusta mitatun alfa-amylaasin korkein arvo mitattiin päivänä viisi (150 ± 101 u/ mL, p<0.05), joka oli 239 ± 306 % nousu PRE arvoon verrattuna. Kaikki fyysisen suorituskyvyn testien tulokset, lukuun ottamatta alaraajojen isometristä maksimivoimaa, laskivat tilastollisesti merkitsevästi PRE arvosta POST arvoon (p<0.05). Myös subjektiivinen stressi nousi 95 ± 22 % valmisteluvaiheesta kenttävaiheeseen (p<0.01). Korrelaatioanalyysi paljasti tilastollisesti merkitsevän käänteisen yhteyden ennen harjoitusta mitatun alaraajojen isometrisen maksimivoiman ja harjoituksen aikana mitatun kortisolin aamuarvon muutoksen välillä (p<0.001, r=061). Regressioanalyysi paljasti, että ennen harjoitusta mitattu yläraajojen isometrinen maksimivoima ennusti 14.6 % subjektiivisen stressin muutoksesta harjoituksen aikana (p<0.05). Tämän tutkimuksen päälöydökset olivat, että 10 päivän talviselviytymisharjoitus aiheuttaa useita muutoksia sotilaan toimintakyvyssä, jotka ovat nähtävissä heikentyneenä fyysisenä suorituskykynä sekä syljen kortisolin ja alfa amylaasin pitoisuuden nousuna. Lisäksi subjektiivisen stressin, NASA- TLX kyselyllä mitattuna, voidaan nähdä nousevan harjoituksen aikana. Tulosten perusteella erityisesti riittävä ala- ja yläraajojen maksimivoima on tärkeässä roolissa ehkäisemään talviselviytymisharjoituksesta aiheutuvaa kortisolin nousua ja subjektiivista stressiä.

To successfully execute missions and operate under demanding circumstances, the soldier needs high resilience. Physical characteristics are a major component of the resilience of a soldier. The purpose of the present study was to examine changes in soldiers’ physical performance, subjective stress, and saliva biomarkers during a 10-day winter survival training. In addition, the present study investigated the relationship between soldiers’ physical performance and stress markers during this training phase.

26 Finnish Army male soldiers, who performed their compulsory military service, participated in the study (mean ± SD: age 20 ± 1 y; height 180 ± 7 cm; weight 75.4 ± 10.2 kg and BMI 23.4 ± 2.5 kg/ m2). During the study, the participants went through the 10-day survival training. The first two days consisted of the preparation phase including basic survival skill training. It was followed by the field phase which included military and survival tasks. Physical tests were done before (PRE), during (MID1, MID2), and after (POST) the survival training period. Saliva samples were collected daily at 08:00 and 20:00 from which cortisol and alpha-amylase were analyzed. The subjective stress was measured with NASA - Task Load Index questionnaire which subjects filled every morning. In addition, body composition, energy expenditure, and energy intake were measured.

The body mass decreased 2.8 ± 3.1 kg from PRE to POST (p<0.01). The morning saliva cortisol peak value increased 131 ± 86 % from PRE and was measured on day 4 (43.2 ± 20.4 nmol/ L, p<0.001). The morning saliva alpha-amylase peak value increased 239 ± 306 % and was measured on day 5 (150 ± 101 u/ mL, p<0.05). There was a significant decrease in all physical fitness tests from PRE to POST (p<0.05) except for the maximal isometric strength of the lower extremities. Also, the subjective stress increased 95 ± 22 % from the preparation phase to the field phase (p<0.01). The correlation analysis showed a statistically significant inverse relationship between the maximal isometric force of the lower extremities before the training period and cortisol change during the training period (p<0.001, r=061). The regression analysis revealed that maximal isometric strength of the upper extremities before training predicted 14.6 % of the change in subjective stress (p<0.05). The primary findings of this study were that 10-day winter survival training led to a decrease in physical performance characteristics and an increase in saliva cortisol and alpha-amylase. In addition to these, there was a significant increase in subjective stress measured by the NASA-TLX questionnaire from the preparation phase to the field phase. Based on the present study, the lower- and upper-body maximal strength plays an essential role to prevent stress-induced cortisol increase and subjective stress during survival training.