Voimaharjoittelun ja harjoitustauon vaikutukset kortikospinaalisen radan toimintaan sekä maksimi- ja nopeusvoimaan harjoittelemattomilla aikuisilla

Abstract

Tutkimuksessa tarkastelun kohteena oli kortikospinaalisen ärsytettävyyden ja inhibition muutokset voimaharjoittelun sekä sitä seuraavan harjoitustauon myötä sekä kortikospinaalisen radan toiminnan muutosten yhteydet maksimi- ja nopeusvoimassa tapahtuviin muutoksiin. Kortikospinaalinen rata vastaa lähes kaikesta motorisen toiminnan ohjauksesta ja kortikospinaalisen ärsytettävyyden parantumisen sekä inhibition vähentymisen on todettu olevan yhteydessä parantuneeseen voimantuottoon. Tutkimuksia kortikospinaalisen radan muutoksista voimaharjoittelun myötä on jonkin verran, mutta muutosten yhteyksiä maksimi- ja nopeusvoimaan on tutkittu vain vähän, etenkin harjoitustauon jälkeen. Tämän lisäksi harjoitustauon vaikutuksista nopeusvoimaan on hyvin vähän tutkimustietoa ja tutkimusten välillä on havaittavissa paljon ristiriitaisuutta. Näin ollen aiheiden tutkiminen on perusteltua. Tutkimukseen osallistui harjoittelemattomia aikuisia (n=15), jotka toteuttivat seitsemän viikon harjoitusjakson ja viiden viikon harjoitustauon. Tutkittavien voimantuoton muutoksia mitattiin maksimaalisella tahdonalaisella supistuksella (MVC) sekä voimantuottonopeudella (RFD 50 ms, 75 ms ja 100 ms ajalta). Kortikospinaalisen radan toiminnan muutoksia mitattiin rectus femoris lihaksesta maksimaalisella M-aallolla (Mmax) sekä transkraniaalisella magneettistimulaatiolla aikaansaatavilla motorisella herätevasteella (MEP) sekä ”hiljaisella jaksolla” (SP). Mittaukset suoritettiin ennen ja jälkeen harjoitusjakson sekä harjoitustauon jälkeen. Voimaharjoittelun myötä RFD 50 ms ajalta heikkeni (p<0,05), mutta MVC:ssä tai kortikospinaalisen radan toiminnassa ei ollut havaittavissa merkitseviä muutoksia. Kortikospinaalisen inhibition vähentymisen ja RFD:n heikentymisen välillä oli kuitenkin havaittavissa positiivisia korrelaatioita. Voimantuotossa tai kortikospinaalisen radan toiminnassa ei ollut havaittavissa merkitseviä muutoksia harjoitustauon jälkeen, mutta yksilötasolla kortikospinaalisen ärsytettävyyden laskun ja MVC:n laskun välillä oli havaittavissa positiivinen korrelaatio. Voimaharjoittelulla ei siis ollut vaikutusta maksimivoimaan tai kortikospinaaliseen radan toimintaan. Voimaharjoittelun havaittiin kuitenkin vaikuttavan heikentävästi RFD:n alkuosaan, minkä lisäksi kortikospinaalisen inhibition laskun todettiin olevan yhteydessä RFD:n heikentymiseen yksilötasolla. Muutosten vähäisyys selittyy todennäköisesti riittämättömällä voimaharjoittelulla ja/tai itse mittausmenetelmillä, jotka eivät olleet tarpeeksi sensitiivisiä havaitsemaan muutoksia eivätkä voimantuoton kohdalla vastanneet tarpeeksi hyvin harjoittelussa käytettyä lihastyötapaa tai nivelkulmia. Harjoitustauolla ei myöskään havaittu olevan vaikutusta maksimi- tai nopeusvoimaan, eikä kortikospinaalisen radan toimintaan. Harjoitustauon myötä ilmenneissä muutoksissa havaittiin kuitenkin yksilötasolla yhteys kortikospinaalisen ärsytettävyyden laskun ja maksimivoiman laskun välillä. Kyseinen tulos on merkittävä, sillä aihetta on tutkittu aiemmin vain vähän ja havainto osoittaa, että kortikospinaalisen radan toiminnan muutoksilla on mahdollisesti vaikutusta harjoitustauon myötä maksimivoimassa ilmeneviin muutoksiin. Tutkimuksia voimaharjoittelun ja etenkin harjoitustauon vaikutuksista kortikospinaaliseen rataan ja sen yhteyksistä voimantuottoon tarvitaan kuitenkin lisää, sillä tutkimus tuloksissa on havaittavissa suuria vaihteluita, kuten tämäkin tutkimus osoittaa. Tutkimusta olisi hyvä tehdä suuremmalla otoskoolla, sekä jakamalla naiset ja miehet erillisiin ryhmiin, jotta myös sukupuolten välisiä eroja voitaisiin tarkastella.

The purpose of this study was to examine the changes in corticospinal excitability and inhibition after strength training and detraining. The study also examined the associations between the changes in corticospinal tract and maximal strength and power. The corticospinal pathway is responsible for almost all the control of motor function and improvements in corticospinal excitability and reductions in inhibition have been found to be associated with improved force output. Thus, while there has been some research on changes in the corticospinal tract after strength training, relatively little research has been done on the associations between those changes and changes in maximal strength and power. In addition, the amount of research on the changes and associations after detraining is even lower and some inconsistency between studies can be seen. Therefore, further research on this subject is needed. The study involved untrained adults (n=15) who completed a 7-week training period and a 5-week detraining period. The changes in subjects' maximal strength were measured with maximal voluntary contraction (MVC) and rate of force development (RFD between 0–50 ms, 0–75 ms and 0–100 ms). Changes in the corticospinal tract were measured from rectus femoris with maximal M-wave (Mmax) and with motor evoked potential (MEP) and silent period (SP) which were induced by transcranial magnetic stimulation. Measurements were performed before and after the training period and after the detraining. RFD between 0–50 ms decreased after strength training, but no significant changes were observed in MVC or in the corticospinal excitability or inhibition. However, positive correlations were observed at the individual level between the reduction in corticospinal inhibition and RFD. No significant changes in maximal strength, power or corticospinal excitability or inhibition were observed after the detraining, but a positive correlation was observed at the individual level between the decrease in corticospinal excitability and in MVC. Strength training had no effect on maximal strength or corticospinal excitability or inhibition. However, strength training caused a decrease in the initial part of the RFD. In addition, decrease in corticospinal inhibition was found to be associated with the decrease in RFD at the individual level. The lack of changes in other parameters is likely to be explained by insufficient strength training and/or the measurement methods used, which were not sensitive enough to detect changes. The muscle contraction type and joint angles used in strength training and in the MVC- and RFD-measurements probably also differed too much and thus no changes could be seen in the parameters in question. In addition, detraining was found to have no significant effect on maximal strength or power, nor on corticospinal excitability or inhibition. However, an association was found between the decrease in corticospinal excitability and the decrease in maximal strength at the individual level. This result is significant since little research has been done on the topic and the finding indicates that changes in corticospinal tract may have an influence on the changes in maximal force during detraining. Nevertheless, more research on the effects of strength training and detraining on the corticospinal tract and especially its association to power is needed. As this study also shows, there is a lot of variability in the results of studies. It would be recommended to conduct the study with a larger sample size, and to divide women and men into separate groups, so that gender differences could also be examined.