JOOGAN ASANAHARJOITTELUN VAIKUTUKSET AUTONOMISEN HERMOSTON TOIMINTAAN

Transkriptio

1 JOOGAN ASANAHARJOITTELUN VAIKUTUKSET AUTONOMISEN HERMOSTON TOIMINTAAN Katja Keränen Kandidaatintutkielma Lääketieteen laitos/biolääketiede Liikuntalääketiede Terveystieteiden tiedekunta Itä-Suomen yliopisto Joulukuu 2011

2 KERÄNEN, KATJA JOHANNA: Joogan asanaharjoittelun vaikutukset autonomisen hermoston toimintaan ITÄ-SUOMEN YLIOPISTO, terveystieteiden tiedekunta, lääketieteen laitos/biolääketiede, liikuntalääketiede Kandidaatintutkielma, 44 sivua Ohjaaja: LKT Katriina Kukkonen-Harjula Joulukuu 2011 Avainsanat: liikuntaharjoittelu, joogaharjoittelu, asanaharjoittelu, autonominen hermosto, sympaattinen hermosto, parasympaattinen hermosto, sykevaihtelu TIIVISTELMÄ Tässä tutkielmassa selvitettiin, millaisilla ei-farmakologisilla tutkimusmenetelmillä autonomisen hermoston toiminnasta saadaan tietoa sekä tutkittiin, mitkä menetelmistä soveltuvat mittaamaan liikuntaharjoittelun, erityisesti joogan asanaharjoittelun, välittömiä ja kroonisia vaikutuksia autonomisen hermoston toimintaan. Autonomisen hermoston ei-farmakologiset tutkimusmenetelmät voidaan jakaa karkeasti kardiovaskulaariheijasteisiin perustuviin mittauksiin, biokemiallisiin mittauksiin sekä sympaattisen hermoärsytyksen tutkimiseen mikroneurografialla. Sydämen ja verenkiertoelimistön toiminnan mittaamismenetelmistä keskityttiin erityisesti sykevaihteluun, koska se on lupaava ja nopeasti ärsykkeisiin reagoiva indikaattori, jota voidaan hyödyntää monipuolisesti liikuntaharjoittelun vaikutusten tutkimuksessa. Tutkielman toinen tarkoitus oli kuvata systemaattisen kirjallisuuskatsauksen perusteella joogan asanaharjoittelun vaikutuksia autonomisen hermoston toimintaan. Kirjallisuuskatsaukseen haettiin tutkimusartikkeleita pääasiassa PubMed:ista. Joogaan liittyviä tutkimuksia haettiin myös täydentävän ja vaihtoehtoisen Evidence-based Complementary and Alternative Medicine:n sähköisistä arkistosta. Kevyellä ja kohtuukuormitteisella liikuntaharjoittelulla, kuten joogan asanaharjoittelulla, näyttäisi tutkimusten mukaan olevan myönteisiä vaikutuksia parasympaattisen ja sympaattisen hermoston tasapainoon. Joogaharjoittelun vaikutuksia autonomisen hermoston toimintaan selvittävät tutkimukset on tehty enimmäkseen sairauksiin ja löydöksiin vaikuttamisen viitekehyksissä: vaikutuksia on tutkittu muun muassa verenkiertoelimistön toiminnan ongelmiin, aineenvaihdunnan häiriöihin, uupumukseen sekä stressinhallintaan. Tulokset ovat olleet kannustavia. Tutkimusasetelmissa ja -menetelmissä on kuitenkin ollut usein tarkentamisen varaa, joten tulosten vahvistamiseksi tarvitaan lisää erityisesti satunnaistettuja kontrolloituja kokeita.

3

4 SISÄLTÖ SISÄLTÖ 1 JOHDANTO TUTKIELMAN TAVOITTEET JA RAKENNE..5 2 OMA JOOGATAUSTANI 6 3 JOOGA-KÄSITTEEN TULKINNOISTA AUTONOMISEN HERMOSTON RAKENNE JA TOIMINTA Sympaattinen hermosto Parasympaattinen hermosto AUTONOMISEN HERMOSTON TOIMINNAN TUTKIMINEN Syke autonomisen hermoston tilan kuvaajana Sykevaihtelu autonomisen hermoston tilan kuvaajana Sykevaihtelun analyysimenetelmät Liikunnan vaikutukset sykevaihteluun Verenpaine autonomisen hermoston tilan kuvaajana Liikunnan vaikutukset verenpaineeseen Autonomisen hermoston testit Biokemialliset määritysmenetelmät Sympaattisen hermoston toiminnan tutkiminen mikroneurografialla JOOGAN ASANAHARJOITTELUN VAIKUTUKSIA AUTONOMISEN HERMOSTON TOIMINTAAN KOSKEVIA TUTKIMUKSIA Tiedonhakuprosessin kuvaus Jooga ja mielenterveys Jooga ja aineenvaihduntaongelmat Jooga ja terveys Jooga ja sykevaihtelu POHDINTA 36 LÄHTEET

5 3 1 JOHDANTO Muutos maatalousyhteiskunnasta teollisen kautta kohti palveluita ja nopeaa tiedonvälitystä korostavaa yhteiskuntaa on muuttanut länsimaista elämäntapaamme viimeisen vuosisadan aikana. Teknologian, hygienian ja terveydenhuollon kehittyminen sekä elintason nousu ovat kohentaneet elämänlaatua ja pidentäneet elinikäämme jopa useilla vuosikymmenillä. Samalla kuitenkin nopeutunut tiedonvälitys, valtava informaatiomäärä, jatkuva saavutettavuuden vaatimus ja itsensä kehittämisen halu sekä kiireen tuntu ovat asettaneet sopeutumiskykymme uusien haasteiden eteen. Stressiin liittyvä psykosomaattinen oirehtiminen on yhteiskunnassamme yleistä. Stressiin liittyvät psykologiset ja fysiologiset tunnusmerkit kertovat elimistön ylikuormittumisesta. Autonominen hermosto reagoi ylikuormittumiseen sympaattista tonusta ylikorostamalla ja nk. stressihormonien eritystä lisäämällä. Uusien haasteiden edessä osa länsimaisista terveydenhoidon asiantuntijoista on kääntänyt katseensa kohti muiden maanosien traditionaalisia hoito- ja terapiamenetelmiä. Yksi suosiota saavuttanut itsehoito- tai terapiamenetelmä on jooga. Joogaan liittyviä harjoitteita kuten asento- eli asanaharjoituksia, hengitysharjoituksia sekä meditaatiota on käytetty terveyden edistäjinä, sairauksien hoidossa ja terapiamenetelmänä Intiassa jo usean vuosituhannen ajan. Moderni lääketiede on kiinnostunut joogasta kuitenkin vasta viimeisen viidenkymmenen vuoden aikana. Yksi syy lääketieteen edustajien kiinnostuksen kasvulle, joogan väitettyjen terveysvaikutusten lisäksi, on luultavasti joogan harrastamisen voimakas leviäminen etenkin nk. länsimaissa. Tutkimuskohde on tullut lähemmäksi. Suomen Liikunta ja Urheilun, Nuoren Suomen, Suomen Kuntoliikuntaliiton, Suomen Olympiakomitean sekä Helsingin kaupungin yhteistyönä julkaisemassa, neljän vuoden välein tuotettavassa Liikuntatutkimuksessa (2011) jooga nousi ensimmäisen kerran suosituimpien liikuntalajien listalle. Joogan harrastajiksi ilmoittautui vuosina kerätyn aineiston mukaan suomalaista. Lajille on odotettavissa kasvua tulevaisuudessakin mikäli ennusteet pitävät paikkansa: suomalaista ilmoittautui potentiaaliseksi joogan harrastajaksi. Amerikkalaisen Yogajournalin teettämässä Yoga in America tutkimuksessa (2008) todettiin, että 7 % amerikkalaisista harrastaa joogaa.

6 4 Absoluuttisena lukuna tämä tarkoittaa 15,8 miljoonaa ihmistä. Vaikka Yhdysvalloissa joogan harrastajamäärä on kymmenen viime vuoden aikana vakiintunut, niin joogan suosiolle näyttäisi myös siellä olevan kasvuedellytyksiä: 18,3 miljoonaa ihmistä ilmoittaa olevansa erittäin kiinnostunut aloittamaan joogaharjoittelun. (Yoga in America 2008) Jooga on levinnyt ja laajentunut kulovalkean tavoin ulos intialaisilta juuriltaan. Se ei ole enää yksinäisten gurujen esoteerista puuhastelua, vaan se on tullut kaikkien ulottuville. Intiassa joogaa on perinteisesti käytetty erilaisten oireiden ja sairauksien hoidossa. Lännessä tällaiselle ajattelulle on alkanut löytyä sijaa vähitellen lääketieteellisen tutkimuksen edistyessä: liikunnan terveysvaikutuksista on saatu vahvistusta, joten miksi ei vaikutuksia voisi olla myös joogalla. Joogan käyttäminen terapiana näyttäisi olevan seuraava suuri trendi myös lännessä: Yoga in America (2008) -tutkimuksen mukaan lääkäri tai terapeutti oli suositellut jopa 14 miljoonalle amerikkalaiselle oireisiinsa, mm. stressiin ja selkävaivoihin, joogaa. Lääke- ja terveystieteen tutkijoilla on siis täysi syy ottaa jooga tutkimuskohteena vakavasti. Modernin joogan alalla virinneet asento- eli asanaharjoittelua ja hengityksen kontrolloimista korostavat suuntaukset esittävät vahvoja väitteitä siitä, miten harjoittelu vaikuttaa autonomisen hermoston toimintaan ja sitä kautta kehon ja mielen tasapainoon. Joogan harrastajilla on joogan vaikutuksista kokemuksellista tietoa. Fysiologiaan pohjaavat selitykset kertovat joogan vaikutusten johtuvan autonomisen hermoston säätelyyn vaikuttamisesta, erityisesti sympaattisen aktivaation vähenemisestä, antagonistisen hermo-lihasjärjestelmän aktivoimisesta, jonka oletetaan lisäävän rentoutumista sekä aivojen limbisen systeemin aktivoitumista (Riley 2004). Joogaharjoittelun vaikutuksista autonomisen hermoston toimintaan on saatu tietoa pääasiassa tutkimalla joogaharjoittelun vaikutuksia erilaisiin sairauksiin tai sairauksien riskitekijöihin. Tutkimuskysymyksiä ei ole suurimmassa osassa läpikäymässäni aineistossa asetettu suoraan autonomisen hermoston toiminnan viitekehyksessä, vaan tätä tietoa on saatu tutkimuksissa oheistuotteena. Joogaharjoittelulla saattaa olla myönteisiä vaikutuksia mm. kohonneen verenpaineen (Cohen ym. 2011, Murugesan ym. 2000), tyypin 1 ja 2 diabetekseen (Lin ym. 2011, Anderson ym. 2011, Innes ym.

7 5 2007, Aljasir ym. 2010) masennuksen, ahdistuneisuuden sekä stressin hoidossa (Parshad 2004, Vempati ym. 2000). Edellä mainitut tutkimukset korostivat tuloksissaan sitä, että autonomisen hermoston toimintaan vaikuttaminen on yksi mahdollinen joogaintervention taustalla oleva vaikutusmekanismi. Kohtuukuormitteisen kestävyysliikunnan vaikutuksista autonomisen hermoston tilaa kuvaaviin parametreihin on olemassa melko paljon tutkimustietoa. Niiden pohjalta on ehdotettu, että säännöllinen aerobinen harjoittelu suojaisi sydäntä lisäämällä sen vagaalista, parasympaattista säätelyä (Hautala 2004). Myös joogaharjoittelulla näyttäisi olevan samanlaisia vaikutuksia vagaaliseen säätelyyn (Khattab ym. 2007). Olemassa olevaa joogatutkimusta varjostavat valitettavan usein metodologiset puutteet. Tarvitaan lisää tutkimuksia, erityisesti satunnaistettuja kontrolloituja harjoittelututkimuksia, jotta joogan fysiologisia vaikutusmekanismeja ja vaikutuksia opittaisiin ymmärtämään paremmin. 2 TUTKIELMAN TAVOITTEET JA RAKENNE Tutkielman tavoitteena on selvittää millaisilla ei-farmakologisilla tutkimusmenetelmillä autonomisen hermoston toiminnasta saadaan tietoa sekä tutkia, mitkä menetelmistä soveltuvat liikuntaharjoittelun, erityisesti joogan asanaharjoittelun, välittömiä ja kroonisia vaikutuksia mittaamaan. Tutkielman toinen tarkoitus on kuvata systemaattisen kirjallisuuskatsauksen perusteella joogan asanaharjoittelun vaikutuksia autonomisen hermoston toimintaan. Avaan tutkielmassani ensin ydinkäsitteitä: jooga, asanaharjoittelu ja autonominen hermosto. Kuvaan autonomisen hermoston rakenteen ja toiminnan sekä autonomisen hermoston toiminnan tutkimiseen käytettäviä lääkkeettömiä menetelmiä. Täten esimerkiksi farmakologiset menetelmät, joissa sympaattinen tai parasympaattinen aktivaatio estetään antamalla esimerkiksi fenyyliefriiniä tai atropiinia (Hoffman 1997), rajautuvat tutkielman ulkopuolelle.

8 6 Autonomisen hermoston ei-farmakologiset tutkimusmenetelmät voidaan jakaa karkeasti kardiovaskulaariheijasteisiin perustuviin mittauksiin, biokemiallisiin mittauksiin sekä sympaattisen hermoärsytyksen tutkimiseen mikroneurografialla. Menetelmistä keskityn verenkiertoelimistön toiminnan mittausmenetelmiin: sykkeeseen, verenpaineeseen sekä erityisesti sykevaihteluun ja sen analyysimenetelmiin, koska sitä voidaan nopean reagoivuutensa ja herkkyytensä vuoksi hyödyntää monipuolisesti akuutin ja pitkäaikaisemman liikuntaharjoittelun, kuten joogan asanahajoittelun, vaikutustutkimuksissa. Lopuksi kartoitan joogaharjoittelun ja autonomisen hermoston yhteyksiä sivuavaa terveystieteellistä kirjallisuutta. Tarkoitukseni on hyödyntää tässä tutkielmassa kertynyttä menetelmätietoutta ja tutkimusmateriaalia pro gradu työssäni. 2 OMA JOOGATAUSTANI Aloitin joogan harrastamisen 1990-luvun puolivälissä Sri Pattabhi Joisin perinteen mukaisella astangajoogalla. Vuosikymmenen loppupuolella kokeilin myös erilaisia pehmeämpiä hathajoogan muotoja ja samoihin aikoihin aloin myös opettaa astangajoogaa. Tämän vuosikymmen puolivälissä osallistuin ensimmäiselle iyengarjoogatunnilleni Anneli Rautiaisen opetuksessa. Opetuksen ja harjoittelun tarkkuus ja iyengarjoogan pedagoginen metodi saivat minut kiinnostumaan tyylisuunnasta. Vuonna 2007 sain mahdollisuuden lähteä mukaan nelivuotiseen iyengarjoogaopettajakoulutukseen. Joogakoulutuksen järjestää Saksan iyengarjoogayhdistys yhteistyössä Helsingin iyengarjoogainstituutin kanssa. Pääopettajanamme toimii Senior 3 -tason opettaja Rita Keller. Anatomian opetuksesta vastaa fysioterapeutti Pirjo Välimäki, fysiologian opetuksesta kinesiologi, TTM, LL Reetta Rönkkö, filosofian opetuksesta FT Måns Broo sekä FM Janne Kontala. Olen käynyt senioropettajien ohjaamissa iynegarjooga-seminaareissa ja -kursseilla Helsingin lisäksi mm. Saksassa, Kreetalla, Iso-Britanniassa ja Yhdysvalloissa. Vuonna 2009 suoritin 1. asteen tasokokeen, joka sisälsi joogan filosofiaa, anatomiaa, fysiologiaa, asana-, pranayama- sekä opetuskokeen. Kuitenkin vasta 2. asteen tasokokeiden läpäiseminen antaa minulle oikeuden käyttää ohjaamistani tunneista nimeä

9 7 iyengarjooga. 2. asteen tasokoe on alkukeväästä Elokuun 2012 vietän opiskellen Intiassa Ramamani Iyengar Memorial Yoga Instituutissa (RIMYI) Punessa Intiassa. B.K.S Iyengar johtaa edelleen, 94 vuoden iässä, instituuttia tyttärensä Geetan ja poikansa Prasantin kanssa. 3 JOOGA-KÄSITTEEN TULKINNOISTA Jooga-sanan sanskriitinkielisistä kantasanoista yuj tarkoittaa pidättäytymistä ja yujir tarkoittaa yhdistymistä (union). Jooga-sanan kuulee useimmiten käännettävän juuri yhdistymiseksi, jolla on tarkoitettu milloin hengen ja ruumiin, milloin mielen ja sielun, milloin minän ja maailman yhdistymistä. Jooga tai jooginen elämä tarkoittaa alkuperäisessä intialaisessa kontekstissaan monimuotoista henkisistä, moraalisista ja fyysisistä harjoituksista koostuvaa järjestelmää. Näiden harjoitusten tarkoituksena on eräänlaisen itseoivalluksen saavuttaminen. Joogan alkutekstinä pidetyissä Patañjalin joogasutrissa (n eaa) jooga määrittyy kahdeksanosaisena henkisen tien polkuna, joka täydentyessään johtaa valaistumiseen eli samadhiin. Patañjalin joogasutran 1.2 mukaan jooga tarkoittaa tietoisuuden toimintojen pysäyttämistä (yoga -citta-v itti-nirodha ). Samankaltaisia tulkintoja voi tehdä myös toisesta hindufilosofian klassikkokirja-sarjasta Upanisadeista (n eaa). Nykyään joogaa ei voi määritellä yksiselitteisesti ja varsinkin länsimaisessa yhteydessä se on usein irronnut alkuperäisistä filosofisista juuristaan. Moni asentoja korostavan joogalajin harjoittaja määrittelee joogan eräänlaiseksi voimisteluharjoitteluksi, johon yhdistetään hengityksen hallintaa. Toisille taas jooga voi merkitä perinteistä hindufilosofiaa, henkistä kilvoittelua, liikuntaharjoitusta, elämäntapaa, meditaatioharjoituksia, asketismia tai terveydenhoitoa, jossa korostetaan luontaisia paranemisprosesseja edistäviä harjoitteita. Jooga voidaan nähdä myös täysin instrumentalistisesti eräänlaisena stressinhallintavälineenä (Wellbeloved 2004). Nykyiseen, moniin maanosiin levinneeseen ja länsimaissa uusia muotoja saaneeseen joogaharjoitteluun on usein sulautunut sujuvasti murusia intialaisen filosofian

10 8 perinteestä. Myös asentoja korostavien, nk. hathajoogasuuntausten lähdekirjoina pidetään usein perinteisiä hindufilosofisia tekstejä kuten Upanisadeja, Patañjalin Joogasutria sekä Bhagavad Gitaa ( eaa), vaikka Upanisadeissa joogasta on lähinnä mainintoja, Sutrissa asanaharjoittelu mainitaan yhden kerran ja Bhagavad Gitassa asanaharjoittelusta ei puhuta lainkaan. Yhteyden korostamisella alleviivataan usein asentoharjoittelun yhteyttä syvempään henkiseen perinteeseen. Joogan monitulkintaisuus ja moninaisuus eivät ole vain nykyajan ilmiö. Jo Intian kansalliseepoksen Mah bh ratan tunnetuimmassa osassa eli Bhagavad Gitassa kuvattu joogan tie määrittyi hyvin monenlaisen joogan kautta. Teoksessa puhutaan muun muassa karmajoogasta, joka on tekojen joogaa: tekoja tehdään tekemisen vuoksi, ei niistä saavutettavien tulosten tai hyötyjen vuoksi. Jñ na-jooga taas on tiedon tie, jonka yhtenä tarkoituksena on tulla tietämään maailman todellinen luonne ja tätä kautta tulla kiintymättömäksi maailmaan. Dhy na-jooga eli mietiskelyn tie taas korostaa meditatiivisia harjoituksia. Bhakti-jooga taas on antaumuksen joogaa. Bhagavad Gitassa kuvataan yhteensä 18 eri joogan tietä. Tulkinnat siitä, onko yksi tie otollisempi kuin toinen, vaihtelevat kommentaattorilta toiselle. Bhagavad Gitasta tähän ei saa yksiselitteistä vastausta. Joogasuuntausten suuri määrä ja käsitteen moninaisuus tekevät siitä tutkimuksellisesti vaikeasti hallittavan. Tässä tutkielmassa jooga rajautuu suppeasti ja samalla melko yleisesti kuvaamaan intialaiseen perinteeseen, vahvemmin tai löyhemmin, nojaavia asanaharjoituksia, joihin voi liittyä hengityksenhallinta- sekä meditaatioharjoituksia. Näitä elementtejä korostavista suuntauksista voidaan käyttää yhteisnimitystä hathajooga. Hathajoogaan kattokäsitteen alle kuuluvat em. harjoitusten osalta muun muassa länsimaissa suosiota niittäneet iyengarjooga, astangajooga, vinijooga ja sivanandajooga sekä lännessä intialaisen perinteen pohjalta syntyneet voimajooga, bikramjooga ja yin&yang-jooga. Joogan asanaharjoitukset voivat sisältää liikkuvuusharjoittelua, lihaskuntoharjoittelua ja/tai kevyttä/kohtuukuormitteista kestävyysliikuntaa. Painotus liikuntaharjoittelun eri osa-alueiden välillä vaihtelee joogalajin ja harjoituksen sisällön mukaan.

11 9 4 AUTONOMISEN HERMOSTON RAKENNE JA TOIMINTA Autonominen hermosto on pääosin tahdosta riippumaton hermoston osa, jonka tehtävänä on huolehtia elimistön tasapainosta. Se säätelee mm. sisäelinten, sileiden lihasten, sydämen sekä rauhasten toimintaa. Aivokuorella on vahva rooli paitsi somaattisen niin myös autonomisen hermoston toiminnan koordinoimisessa, vaikkakin sen toiminta pohjautuu pitkälti automatisoituneisiin reflekseihin. Tietoiset ja tiedostamattomat psyykkiset tilat vaikuttavat autonomisen hermoston tilaan: kun suutumme tai jännitymme, niin sympaattisen osan aktivoituminen kiihdyttää sydämen sykettä, halusimme sitä tai emme. Tahtomme vaikuttaa autonomisen hermoston toimintaan jonkin verran, mutta kuitenkaan sopivan ärsykkeen tullessa emme voi hillitä kasvojemme punastumista. Emme voi myöskään tahtomme avulla laskea kohonnutta verenpainetta hetkenä minä hyvänsä, mutta pitkäjänteisillä elämäntapavalinnoillamme voimme siihen vaikuttaa. Autonominen hermosto ja endokriininen järjestelmä ylläpitävät elimistön tasapainoa. Tasapainoa horjuttavassa, fysiologisista ja/tai psyykkisistä mekanismeista alkunsa saavassa, stressitilanteessa elimistö pyrkii ylläpitämään tasapainotilaa hormonaalisin ja hermostollisin keinoin. Elimistö kokee ohimeneviä stressitilanteita jatkuvasti, mutta pitkittyneessä stressitilassa elimistön sympaattinen aktivaatio voimistuu, kortisolihormonin eritys kiihtyy. Pitkäaikainen stressi vaikuttaa autonomisen hermoston toimintaan ja vaikuttaa näin sen alaisiin säätelyjärjestelmiin: ruoansulatus huononee, elimistön energiavarastot tyhjenevät, lepoverenpaine kohoaa ja immuunipuolustus heikkenee. (Guyton, Hall 2006) Autonomisen hermoston toimintaohjeet kulkevat hypotalamus-aivorunko-selkäydinakselilla. Lisäksi aivokuoren alueet, etenkin limbinen järjestelmä, voivat vaikuttaa alempiin hermojärjestelmiin ja sitä kautta autonomisen hermoston toimintaan (Guyton, Hall 2006). Autonominen hermosto saa hermotuksensa sekä aivoista että selkäytimestä (Antila ym. 1994). Autonomisessa hermostossa on, kuten somaattisessakin hermostossa, afferentteja eli tuovia ja efferenttejä eli vieviä ratoja. Afferentit radat tuovat tietoa sisäelinten tilasta, esimerkiksi verenkiertoheijasteiden paine- ja tilavuusinformaatiota

12 10 (Antila ym. 1994). Efferentit radat vievät informaatiota ulos keskushermostosta kohti autonomisen hermoston ääreisosia. Autonominen hermosto osallistuu ydinjatkeen kautta esimerkiksi hengityksen, yskimisen, sydämen ja verisuonten toiminnan, syljenerityksen ja oksentamisen säätelyyn. Selkäytimen alaosassa on virtsaamista, ulostamista ja seksuaalitoimintoja sääteleviä alueita (Hamill ym. 2004, Guyton, Hall 2006). Vaikka autonomisen hermoston ydinosat ovat anatomisesti osa myös somaattista hermostoa säätelevää keskushermostoa, niin sen ääreisosat kulkevat pääosin eri kohteisiin. Kun somaattiset hermot kulkevat pääosin luurankolihaksiin ja aistielimiin, autonomiset hermot hermottavat pääosin sisäelimiä, niitä ympäröiviä lihaksia sekä verisuonten seinämiä. Useimpiin autonomisen hermoston kohde-elimiin tulee sekä sympaattisia että parasympaattisia hermosyitä. Näiden vaikutus kohde-elimissä on yleensä toisilleen vastakkainen ja vaikutuksen voimakkuus erilainen (Thomas 2010). Esimerkiksi sydämeen tulevien sympaattisten hermosyiden aktivoituminen kiihdyttää sydämen sinusrytmiä ja lisää sydänlihaksen supistumisvoimaa, kun taas parasympaattinen, vagaalinen aktivaatio vapauttaa asetyylikoliinia hermopäistä rauhoittaen sinusrytmiä ja pienentäen ssupistumisvoimaa (Guyton, Hall 2006, Thomas 2010). Poikkeuksena kuitenkin sylkirauhasten toiminta, joka voimistuu kummankin hermojärjestelmän aktivoituessa (Antila ym. 1994). Autonominen hermosto jakautuu sympaattiseen ja parasympaattiseen osaan, jotka toimivat tiiviisti yhteistyössä. Erilaisten ärsykkeiden alaisina ja eri tilanteissa toinen autonomisen hermoston osista aktivoituu, jolloin sen vaikutus kohde-elimeen on voimakkaampi. Yleistäen voisi sanoa, että sympaattinen aktivaatio voimistaa vireystilaa ja kiihdyttää elintoimintoja ja parasympatikus rauhoittaa ja palauttaa. Parasympaattisen osan aktivoituminen on voimakasta esimerkiksi levon aikana. Sympaattinen hermosto hallitsee pitkälti verenkiertoelimistön hermostollista säätelyä. Sen hermopäätteet hermottavat verisuonia, sydäntä, lisämunuaisia ja munuaisia tuottaen laaja-alaisen suoran tai epäsuoran vaikutuksen verenkiertoelimistölle. Parasympaattinen hermotus yltää verenkiertoelimistön alueella vain sydämeen ja pieneen määrään verisuonia.

13 11 Rajatusta vaikutusalastaan huolimatta parasympaattinen hermotus on tärkeä osa sydämen autonomista kontrollia. (Thomas 2010) 4.1 Sympaattinen hermosto Sympaattisen hermoston hermorunko kulkee selkärangan molemmin puolin. Sen alkupisteinä toimii selkäydin rintarangan ensimmäisen ja lannerangan toisen nikaman (Th1-L2) välillä, josta sen hermosäikeet kulkevat poispäin somaattisten hermojen kanssa samoja reittejä (Guyton, Hall 2006, 729). Sympaattiset hermosäikeet yhdistyvät lähellä selkärankaa aksonikimppuina toisiinsa muodostaen hermosolmuja eli ganglioita. Näistä hermosolmuista muodostuu selkärangan molemmille puolille sympaattinen ketju (sympathetic chain). Sympaattiset vievät hermosyyt kulkevat hermorungosta poispäin ganglioiden kautta mm. sisäelimiin, sileisiin lihaksiin ja valtimoiden seinämiin. Ärsytystä välittävänä aineena ennen hermosolmuja on asetyylikoliini. Ganglioiden jälkeen melko pitkät myeliinitupettomat hermot huolehtivat pääte-elinten hermotuksesta, ja yleisin välittäjäaine on katekoliamiineista noradrenaliini (Antila ym. 1994). Muutamista sympaattisista postganglionaarista hermopäätteistä erittyy asetyylikoliinia. Nämä hermopäätteet kulkevat hikirauhasiin sekä sympaattisiin verisuonia laajentaviin säikeisiin (Barrett ym. 2010). Vaikka sympaattiset hermosäikeet saavat alkunsa samasta paikasta kuin somaattiset hermot, niin ne eivät silti kulkeudu aina samoihin paikkoihin. Yleisesti Th1:stä lähtevät säikeet vaikuttavat pään alueella, Th2 kaulan alueella, Th3 Th6 rintarangan alueella, Th7 Th11 vatsan alueella ja Th12 L2 alaraajoissa. (Guyton, Hall 2006) Sympaattinen hermosto kiihdyttää elimistön toimintoja. Se aktivoituu voimakkaasti esimerkiksi uhkaavissa tilanteissa: verenkierto vilkastuu, sydämen syke nopeutuu, sydämen iskutilavuus suurenee, ihon ja sisäelinten verisuonet supistuvat, verenpaine nousee, sydänlihaksen ja toimivien luustolihasten verisuonet laajenevat, pienten keuhkoputkenhaarojen sileät lihassyyt veltostuvat, niin että hengitystiet avartuvat,

14 12 ruoansulatus hidastuu, silmän mustuaiset laajenevat, hien eritys lisääntyy jne. Sympaattisen hermoston aktivoituminen kohottaa veren glukoosipitoisuutta sekä vapaiden rasvahappojen pitoisuutta, jolloin energiaa vapautuu käyttöön (Barrett ym. 2010). Sympaattinen hermosto säätelee esimerkiksi verisuonten seinämien sileiden lihasten avulla suonten jäntevyyttä, mikä vaikuttaa verenpaineen vaihteluun. Sympaattisista, postganglionaarisista hermopäätteistä pääasiallisesti erittyvä välittäjäaine, noradrenaliini, leviää verenkierron mukana laajalti koko kehoon ja sen vaikutusaika on pidempi kuin asetyylikoliinin (Barrett ym. 2010). Sympaattisen hermoston voimakas aktivoituminen aiheuttaa siksi usein laajoja vaikutuksia, kun taas parasympaattisen hermoston aktivoituminen on paikallisempaa. Sympaattinen hermosto on herkkä elinympäristöstä tuleville ulkopuolisille uhille. Siksi sympatikuksen aktivoitumista kuvataankin usein fight or flight reaktioksi. Sympatikuksen aktivoituminen ei kuitenkaan liity vain ympäristöstä tuleviin ärsykkeisiin, vaan sitä tarvitaan koko ajan elimistön toimintojen, kuten verenpaineen ja lämpötilan, säätelyyn (Barrett ym. 2010). 4.2 Parasympaattinen hermosto Parasympaattiset efferentit hermot alkavat aivohermojen (III, V, VII, IX ja X) tumakkeista ja ristiluun alueen selkäytimestä (Antila ym. 1994). Preganglionaariset, kraniaaliset syyt kulkevat useissa aivohermoissa, etenkin vagushermossa. Noin 75 % kaikista parasympaattisista hermosäikeistä saa alkunsa vagushermosta eli kymmenennestä aivohermosta (Guyton, Hall 2006). Sieltä ne jatkavat matkaa rintarangan ja vatsaontelon läpi, johdattaen parasympaattisia hermoja sydämeen, keuhkoihin, ruokatorveen, mahalaukkuun, suolistoon, maksaan, sappirakkoon, haimaan, munuaisiin ja virtsanerityselinten yläosaan (Guyton, Hall 2006). Muut aivohermojen tumakkeista alkavat parasympaattiset efferentit hermot kulkevat pään alueelle mm. silmien ja nenän alueelle.

15 13 Sakraalialueen parasympaattiset hermot kulkevat somaattisten hermojen kanssa samoja reittejä S2:n ja S3:n tasoilla. Ne hermottavat lantion alueen elimiä kuten virtsarakkoa, ulkoisia sukupuolielimiä sekä paksu- ja peräsuolta. (Guyton, Hall 2006). Parasympaattiset hermosolmut sijaitsevat kohde-elinten läheisyydessä, joten toisin kuin sympaattiset hermot, parasympaattiset preganglionaariset hermosyyt ovat pitkiä ja postganglionaariset hermosyyt lyhyitä. Sekä pre- että postganglionaarisissa hermopäätteissä välittäjäaine on asetyylikoliini (Antila ym. 1994, Guyton, Hall 2006). Asetyylikoliini ei yleensä kierrä verenkierrossa ja siksi sen vaikutukset ovat usein tarkkarajaisia ja lyhytaikaisia (Barrett ym. 2010). Parasympaattiset hermot kulkevat samoihin elimiin kuin sympaattisetkin. Hermosyiden määrässä on kuitenkin eroja: esimerkiksi ruoansulatuskanavassa on enemmän parasympaattisia hermosyitä, kun taas sydämessä ja verisuonissa on enemmän sympaattisia syitä. Vaikutuksiltaan parasympatikus on usein vastakkainen sympatikuksen vaikutuksille. Sen aktivaatio liitetään usein kasvuun, vahvistumiseen, palautumiseen ja voimien keräämiseen. Parasympatikuksen vaikutuksen ollessa voimakkaana verenkierto ja sydämen syke rauhoittuvat, verenpaine laskee, ruoansulatus ja ravintoaineiden imeytyminen voimistuvat ja aineenvaihdunta muuttuu kuluttavasta varastoja kartuttavaan suuntaan. Näistä syistä parasympaattista hermostoa kutsutaan joskus anaboliseksi hermostoksi (Barrett ym. 2010). Parasympaattisen hermoston toiminnan taso on hyvä kuvaaja hermoston toiminnalliselle kapasiteetille; mitä korkeampi toiminnan taso on, sitä suurempi vaihteluväli ja kapasiteetti autonomisella hermostolla on vastata sille asetettuihin vaatimuksiin (Kaikkonen ym. 2006). 5 AUTONOMISEN HERMOSTON TOIMINNAN TUTKIMINEN Esittelen tässä luvussa erilaisia autonomisen hermoston tilaa kuvaavia indikaattoreita sekä lyhyesti autonomisen hermoston tilan tutkimiseen sopivia ei-farmakologisia menetelmiä. Keskityn verenkiertoelimistön toimintaa kuvaaviin sykkeeseen, verenpaineeseen sekä erityisesti sykevaihteluun, koska niitä voidaan hyödyntää liikunnan vaikutuksia autonomiseen hermostoon kartuttavassa kenttätutkimuksessa.

16 14 Autonomisen hermoston toiminnallisia poikkeavuuksia seliitettäessä käytetään erilaisia lääketieteellisiä testejä. Nämä esittelen lähinnä maininnalla, koska ne soveltuvat huonosti liikunnan aikaisia hermostovaikutuksia mittaamaan. Esittelen myös lyhyesti biokemiallisiin määrityksiin perustuvia autonomisen hermoston toimintaa kuvaavia mittareita sekä sympaattisen hermoston toiminnan tutkimisessa käytetyn mikroneurografian. 5.1 Syke autonomisen hermoston tilan kuvaajana Yksi autonomisen hermoston tilasta kertova parametri on syke. Sykettä (heart rate, HR) voidaan mitata EKG-laitteella eli elektrokardiografialla tai sykemittarilla. Yleistäen voidaan sanoa, että mitä suurempi syke sitä voimakkaampi sympaattinen aktiivisuus ja mitä pienempi syke, sitä voimakkaampi parasympaattinen aktiivisuus. Syke reagoi kehon fysiologisiin ja psyykkisiin ärsykkeisiin. Makuuasennossa leposyke aikuisella on yleensä noin lyöntiä minuutissa. Tähän vaikuttavat mm. autonomisen hermoston aktivaatiotaso sekä hormonien erittyminen: katekoliamiinit, kilpirauhashormoni ja glukagoni lisäävät lyöntitiheyttä. (Kaikkonen ym. 2006) Sykkeessä tapahtuu suuria muutoksia liikunnan aikana. Muutokset sykkeessä johtuvat pääosin autonomisen hermoston tilan muutoksista: parasympaattinen aktivaatio vähenee ja sympaattinen kasvaa (Hautala 2004). Vaikka sympaattinen tonus kasvaa hetkellisesti liikuntaharjoittelun aikana, niin harjoittelun pitkäaikaisvaikutukset näyttäisivät pääosin lisäävän parasympaattista tonusta (Mueller 2007). Liikuntaharjoittelun on voitu osoittaa voimistavan sydämen vagaalista säätelyä (Routledge ym. 2010). Sykkeen mittaaminen sykemittarin avulla on melko ongelmatonta myös liikuntaharjoituksen aikana. Siksi se on käypä indikaattori, kun tutkitaan liikunnan, kuten joogan asanaharjoittelun, välittömiä vaikutuksia autonomiseen hermostoon. Leposykettä mittaamalla voi seurata myös liikunnan pitkäaikaisvaikutuksia aikuisen autonomisen hermoston toimintaan. Aamulla mitattu matala leposyke kertoo etenkin kestävyysharjoittelun positiivisista harjoitusvaikutuksista verenkiertoelimistöön. Korkea leposyke aamuisin voi taas kertoa joko heikosta aerobisesta kunnosta myös psyykkisestä tai fyysisestä ylirasituksesta.

17 Sykevaihtelu autonomisen hermoston tilan kuvaajana Autonomisen hermoston tilaa voidaan arvioida paitsi sykkeen myös sykevaihtelun eli sykevälivaihtelun (heart rate variability, HRV) avulla. Sykevaihtelulla tarkoitetaan sydämen peräkkäisten lyöntien välillä tapahtuvaa autonomisen hermoston ohjaamaa pientä vaihtelua. Parasympaattinen ja sympaattinen hermostollinen aktivaatio vaikuttavat vastakkaisesti sydämen sinusrytmiin. Näiden toisilleen vastakkaisten jatkuvien, autonomisten aktivaatiomuutosten vuoksi sydämen syketaajuus vaihtelee ja siinä voidaan erottaa tiettyjä rytmejä (Tarvainen 2006). HRV on hyvä mittari, kun halutaan tehdä kattava analyysi terveen, aikuisen ihmisen autonomisen hermoston tilasta: pienentynyt sykevälivaihtelu levossa saattaa olla merkki autonomisen hermoston toimintahäiriöstä, etenkin sympaattisen osan yliaktivaatiosta (Routledge ym. 2010). Sykevaihtelua voidaan havainnoida EKG:llä ja riittävin toiminnoin varustetuilla sykemittarilla. Sykemittarin on kyettävä tallentamaan sykevaihtelua yhden sekunnin pituisina ajanjaksoina. Sykemittareihin liittyvät harjoitusten purkuohjelmat eivät pysty analysoimaan sykevaihtelumateriaalia, joten niihin tallennettu materiaali on voitava muuntaa sykevaihtelua analysoivien tietokoneohjelmien vaatimiksi tiedostomuodoiksi. Terveellä aikuisella sykevälien kestot ovat epäsäännöllisiä. Sykevälit kuvastavat jatkuvaa keskushermoston ja autonomisen hermoston reseptorien välistä palautejärjestelmää (Kaikkonen ym. 2006). Sykevaihtelua pidetään pääosin sydämen parasympaattisen eli vagaalisen osan toimintaa kuvaavana mittarina. Sykevälien muutokset ovat vagaalisen aktivaation seurauksena nopeita: ne tapahtuvat yksittäisten lyöntien aikana ja synkronoivat näin lyönnit hengityksen tahtiin. Sympaattisen hermoston toiminnan kiihtyessä sykintätaajuus suurenee, mutta sykintätaajuuden vaihtelu, R-piikkien välimatkan vaihtelu, vaimentuu. (Gockel, Lindholm 2000) Hengitysrytmi vaikuttaa sykkeeseen: se suurenee sisäänhengityksessä ja laskee uloshengityksessä. Tätä kutsutaan respiratoriseksi sinusarytmiaksi (Kaikkonen ym. 2006). Respiratorinen sinusarytmia eli RSA on selvimmin havaittava rytmisyys HRVsignaalissa. RSA-komponentin katsotaan olevan pääasiassa parasympaattista alkuperää

18 16 (Tarvainen 2006). Sykevaihtelu on sitä suurempaa, mitä syvempää hengitys on (Hoffman 1997). Iyengarjoogaan liittyvillä hengityksensäätelyharjoituksilla, pranayamoilla, vaikutetaan mm. hengitysrytmien pituuteen: sisäänhengityksiä korostetusti pidentävä ja syventävä harjoitus, esimerkiksi ujjay 3, nostaa B.K.S. Iyengarin mukaan vireystasoa ja uloshengityksiä korostetusti pidentävä ja syventävä harjoitus, esimerkiksi ujjay 2 rauhoittaa ja vie helposti jopa uneliaaseen tilaan. Iyengar suositteleekin ujjay 2:sta rauhoittamaan hermoston toimintaa ja aivoja. Hengitysharjoitus sopii hänen mukaansa mm. kohonneesta verenpaineesta kärsiville. Ujjay 3:sta Iyengar taas suosittelee niille, joilla on matala verenpaine tai jotka kärsivät astmasta tai depressiosta (Iyengar 1979/2006). Vagaalisen säätelyn teoriasta löytyy periaatteellista tukea Iyengarin kuvaamille pranayama-harjoitusten vaikutuksille, joten iyengarjoogan hengitysharjoituksiin liittyviä käytäntöjä ja teoriota tullaan toivottavasti tutkimaan tulevaisuudessa myös tieteellisesti Sykevaihtelun analyysimenetelmät Sydämen sähköisiä tapahtumia EKG:lla mitattaessa yhden sydämen lyönnin aikana kuvaajassa näkyy kolme aaltoa, joiden sisään jäävä kokonaisuus muodostaa sykevälin. P-aalto vastaa eteisten depolarisoitumiseta, joka alkaa juuri ennen eteisten supistumista. P-aallon kesto on noin 0,08-0,10 sekuntia. Sinussolmukkeen aktivaatio voidaan määrittää ajallisesti tarkimmin P-aallosta. P-aalto on usein kuitenkin melko pieniamplitudinen ja siksi vaikeasti tunnistettavissa. Tästä syystä sydämen sykevälin arvioinnissa käytetään yleisimmin kahden peräkkäisen R-aallon väliä. QRSkomponentti vastaa kammioiden depolarisoitumista, jonka aikana kammioiden supistuminen käynnistyy. Kestoltaan QRS-kompleksi on noin 0,06-0,10 sekuntia. Kolmas aalto eli T-aalto vastaa kammioiden repolarisoitumista. (Tarvainen 2008, Heinonen 2007) Sykevaihtelua mitataan yleisimmin aika-analyysin avulla, jolloin mitataan RR-välin pituuksia millisekunteina (ms) (Taulukko 1). Sykevaihtelusta voidaan aikayksikköjen

19 17 avulla laskea esimerkiksi peräkkäisten RR-välien keskihajonta (SD RR), sykkeen keskiarvon keskihajonta levossa ja liikkeessä (Mean HR) sekä peräkkäisten RR-välien erotusten toisten potenssien neliönjuuri (RMSSD) (Uusitalo ym. 1996, Guidelines 1996). TAULUKKO 1. Kolme sydämen lyöntiä on taulukoitu R-piikkien ilmaantumisen perusteella. Keskimmäinen sarake esittää toisiaan seuraavien R-piikkien ilmaantumisen ajan. RR-intervalli määrittyy peräkkäisten R:ien aikaerosta. RR-intervalleista näkee nopeasti, kuinka R-piikkien välinen ilmaantumisaika on jatkuvassa muutoksessa. sydämen lyöntinro i R-piikin ilmaantumisen aika, ms, R i RR-intervalli, ms, R i+1 -R i 1 0,200 0, ,063 0, ,939 0, , RR-väliä voidaan mitata myös taajuuden perusteella hertseinä (Hoffman 1997, Laitio ym. 2001). Taajuuskenttäanalyysissä erotetaan sykevälivaihtelusta yleensä kolme taajuusaluetta: HF eli suuritaajuuksinen (0,15-0,40 Hz), LF eli pienitaajuuksinen (0,04-0,15 Hz) sekä erittäin pienitaajuuksinen VLF (0,0-0,04 Hz). Taajuuskenttäanalyysista saadaan myös parasympaattisen ja sympaattisen hermoston aktivaatiosuhteesta kertova LF/HF-suhde. Sydämen vaste parasympaattiselle stimulaatiolle tulee muutamassa millisekunnissa aiheuttaen sekä suuri- että pienitaajuista vaihtelua. Sympaattisen vasteen syntyminen vaatii muutaman sekunnin ja siksi sympaattinen vaihtelu on yleensä pienitaajuista. Spontaanin hengityksen aiheuttama sinusarytmia näkyy taajuusanalyysin HF-puolella. Se mittaa sydämen efferenttiä vagaalista toimintaa. LF lisääntyy sympatikustonuksen kasvaessa, toisaalta se saattaa myös pienentyä hyvin nopeassa sympatikuksen aktivoitumisessa. Makuuasennossa LF on pääasiassa parasympaattisen kontrollin alainen. VLF-alue muodostuu 25 sekunnin ja viiden minuutin välillä tapahtuvista muutoksista. Sen fysiologinen tausta on epäselvä. Taajuuskenttäanalyyseista eli spektrianalyyseista saatava tieto antaa tarkempaa tietoa autonomisen hermoston toiminnasta kuin aika-analyyseista saatava tieto, mutta toisaalta

20 18 se on myös herkempää häiriötekijöille. (Tarvainen ym. 2008, 16, Laitio ym. 2001, Kuo Cheng-Deng ym. 1998, Guidelines 1996) Aika- ja taajuuskenttäanalyysin lisäksi uusissa sykeanalyysien tulkinnoissa käytetään usein myös epälineaarisia eli nonlineaarisia menetelmiä. Nimitys on hieman harhaanjohtava, koska menetelmät eivät ole sinänsä epälineaarisia, vaan taustalla on olettamus, että aikasarjan tuottanut systeemi on epälineaarinen (Laitio ym. 2001). Näillä menetelmillä havaitaan sykevaihtelun dynamiikassa muotoja, joita aika- ja taajuusanalyysillä ei tavoiteta. Sykevaihtelun epälineaarisia tekijöitä on analysoitu käyttämällä mm. Poincaré-kuvaajaa eli paluukuvaajaa. Muita analysoitavia epälineaarisin menetelmin tavoitettavisa tekijöitä ovat ApEn ja SampEn (approximate ja sample entropy), DFA (detrended fluctuations) ja D2 (correlation dimension). Poincarén kuvaaja on kaksiulotteinen, graafinen esitys peräkkäisten RR-intervallien korrelaatiosta. Kuvio on terveillä ihmisillä tavallisesti komeetan muotoinen. Analyysistä saatava välitöntä lyönti lyönniltä vaihtelua kuvaava SD1 (pistedatan keskihajonta horisontaalisen akselin ympärillä) korreloi taajuuskenttäanalyysin HF-komponentin kanssa yli 90 %:sti (r 0,9) ja se kuvaa siten pääasiassa vagaalista säätelyä. Pitkänajan sykevaihtelua kuvaava SD2 (pitkittäisen akselin keskihajonta) korreloi LF:n kanssa yli 90 %:sti (r 0,9) ja kuvaa pääosin sympaattista aktivaatiota. SD1/SD2-suhde heijastelee siten sympatovagaalista tasapainoa. Poincarén kuvaajan etuna on, ettei siinä tarvita niin tasalaatuista EKG-dataa kuin taajuusanalyysissä, joten se voi soveltua paremmin liikunnan aikaisten, akuuttien vaikutusten tavoittamiseen. (Laitio, Schenin ym.2001) ApEn mittaa signaalin kompleksisuutta ja epäsäännöllisyyttä. Satunnaisen sykevaihtelun entropia on suuri. Entropia on matalaa sykevälin pituuden vaihdellessa säännöllisesti (Laitio ym. 2001). DFA mittaa signaalin sisäistä korrelaatiota. Korrelaatioulottuvuuden odotetaan antavan informaatiota pienimmästä mahdollisesta dynaamisten muuttujien määrästä, joka tarvitaan alla olevan systeemin mallintamiseksi. Nonlineaaristen metodien hyvä puoli on se, että ne eivät edellytä systeemiltä stationarisuutta. Heikkoutena on mittaustulosten heikko toistettavuus sekä se, että varsinkaan pitkien aikasarjojen analyyseissä korrelaatiot saattaa aiheuttaa jokin

21 19 systeemin ulkopuolinen seikka. (Tarvainen ym. 2008, Laitio ym. 2001, Guidelines 1996) Liikunnan vaikutukset sykevaihteluun Liikunnan, kuten joogan asanaharjoittelun, aikana sykevälivaihtelu vähenee lepoon verrattuna. Kuormituksen tehon lisääntyessä sykevälivaihtelu vaimenee progressiivisesti ja palautuu takaisin vähitellen tehon vähetessä. Kun kuormituksen teho nousee noin 65 %:iin henkilön yksilöllisestä maksimisykkeestä, sykevälivaihtelu häviää kokonaan (Heinonen 2007). Sykevälivaihtelun palautumisaika lepotasolle vaihtelee, suorituksen tehosta riippuen, minuuteista, tunteihin tai jopa vuorokausiin (Kaikkonen ym. 2006). Sykkeen palautuminen kovatehoisista harjoituksista on kahden ensimmäisen minuutin aikana jopa nopeampaa kuin kevyemmästä harjoituksesta, kun taas sykevälivaihtelun palautuminen samana ajanjaksona on huomattavasti hitaampaa (Kaikkonen ym. 2006). Sykevälivaihtelun seurannassa on käytetty yleisimmin 24 tunnin tai seitsemän vuorokauden pituisia mittauksia (Neki ym. 2004). Voidaan olettaa, että harjoittelu lisää sykevälivaihtelua levossa (Routledge ym. 2010). Kuitenkin osa tutkijoista (esim. Pichot ym. 2000) on havainnut varsinkin kovatehoisen harjoittelun vähentävän harjoittelun ulkopuolista sykevaihtelua. Täten HRV:n on todettu olevan hyvä diagnostinen parametri mm. ylikunto-oireyhtymässä. Erilaiset tutkimustulokset johtuvat todennäköisesti mm. harjoittelujakson pituudesta, harjoitusten tehosta, henkilöiden kuntotasosta, terveydentilasta sekä erilaisista sykevälivaihtelun laskenta- ja tulkintamenetelmistä (Kaikkonen ym. 2006). Passiivinen elämäntapa näyttäisi joka tapauksessa olevan yhteydessä lisääntyneeseen sympaattiseen aktivaatioon sekä katekolamiinien, kortisolin ja serotoniinin lisääntyneeseen erittymiseen (Neki ym. 2004). Terveillä sekä verenkiertoelimistön sairauksien riskiryhmiin kuuluvilla, esimerkiksi korkeasta lepoverenpaineesta kärsivillä, säännöllinen aerobinen harjoittelu kaikissa ikäryhmissä (aina 70 ikävuoteen saakka) näyttäisi johtavan sekä lyhytaikaisiin

22 20 (instantenous) että pidempiaikaisiin (overall) positiivisiin muutoksiin sykevälivaihtelussa. Nämä muutokset ovat sidoksissa sydämen sykkeen merkittävään laskuun sekä levossa että submaksimaalisessa rasituksessa. Harjoittelun tuomat muutokset sykkeessä ja sykevälivaihtelussa heijastavat autonomisen efferentin aktiivisuuden lisääntymistä sekä sydämen vagaalisen säätelyn lisääntymistä. Säännöllinen, kohtuurasitteinen aerobinen harjoittelu vähintään kolmen kuukauden ajan näyttäisi laskevan sykettä ja lisäävän sykevaihtelua levossa henkilöillä, jotka eivät ole aiemmin harrastaneet säännöllistä kestävyysliikuntaa. (Hottenrott ym. 2006) Tällä hetkellä ei ole tarpeeksi tietoa, kuinka HRV-mittausta voitaisiin soveltaa käytännössä yksilöllisesti esimerkiksi sopivan harjoitteluohjelman tuottamisessa. Perusongelma HRV-analyysissä on sydämen sykesignaalin epätasaisuus, joka pätee etenkin liikunnan aikana. Liikkuminen aiheuttaa häiriötä herkille mittausantureille, mikä tekee signaalista epätasaisen. Mittaamisen haasteellisuus korostuu edelleen, koska sykevaihtelu vähenee harjoittelun tehon kasvaessa. Urheilijoiden ja liikuntaa harrastamattomien verrokkien sykevaihteluissa on kuitenkin havaittu eroja eri tehoisten kestävyysharjoitteiden aikana (Sanderock ym. 2006). Nykyisillä menetelmillä ei voida vielä arvioida näiden erojen merkityksiä. Harmonisten, fraktaalisten ja kaoottisten komponenttien erottelu sykevaihtelumittauksessa rasituksessa on edistynyt ja erityisesti kaoottisten komponenttien analysoiminen voi tulevaisuudessa mahdollistaa myös liikunnan aikaisen sykevaihtelun analysoiminen. Asiasta tarvitaan vielä lisää tutkimusta, jotta johtopäätöksiä sydämen autonomisesta kontrollista rasituksessa voidaan tehdä (Sandercock ym. 2006). Myös Hottenrott ym. (2006) ehdottavat, että liikuntaharjoittelun aikana EKG:n epälineaariset, kaoottisia komponentteja analysoivat, HRV:n analyysimenetelmät saattavat olla perinteisiä aikaja taajuusanalyysejä käyttökelpoisempia. Sykevaihtelun tulkinta autonomisen hermoston tilaa arvioitaessa ei ole yksiselitteistä, koska yksilölliset erot ovat suuria. Tulkintaa vaikeuttaa myös se, että mittausmenetelmät ovat alttiita sykesignaalin epätasaisuutta aiheuttaville virhelähteille kuten liikkumiselle. Sykevaihteluun perustuvien tutkimusten vertailu on haastavaa, koska on olemassa useita erilaisia analyysimalleja (Kaikkonen ym. 2006). Näiden seikkojen vuoksi tulkintaa varten ei voida antaa ainakaan vielä toistaiseksi esimerkiksi

23 21 viitearvoja. Sykevaihtelun käyttömahdollisuudet liikuntamittauksissa liittyvät tällä hetkellä lähinnä erilaisten liikuntaharjoitusten ja -harjoitteluohjelmien yksilöllisen kuormittavuuden seurantaan palautumisen yhteydessä. 5.3 Verenpaine autonomisen hermoston tilan kuvaajana Kohonneesta verenpaineesta puhutaan, kun systolinen lepopaine (SBP) on 140 mmhg tai diastolinen lepopaine (DBP) 90 mmhg. Tällöin suurten ja keskisuurten valtimoiden paine on jatkuvasti normaalia korkeampi. Ihanteellinen lepoverenpaine on 120/80 mmhg. Kohonneesta verenpaineesta kärsii maailmassa yli miljardi ihmistä ja se on merkittävä sepelvaltimotaudin, sydäninfarktin ja aivohalvauksen riskitekijä. (Messerli ym. 2007, Jula ym. 2010) Autonomisella hermostolla on tärkeä rooli verenpaineen säätelyssä. Yksinkertaistaen voi sanoa, että systolisen ja diastolisen verenpaineen kohotessa sympaattinen hermostoaktivaatio on vallalla ja verenpaineen laskiessa taas parasympaattinen tonus on voimakkaampi. Jatkuvasti koholla oleva verenpaine kertoo muutoksista autonomisessa säätelyssä. Valtimoiden seinämissä on painereseptoreita, jotka reagoivat suonen seinämän venymiseen. Painereseptorit muodostavat yhdessä ydinjatkeen kanssa verenkiertoelimistön neuraalisen säätelyalueen (vasomotorisen ja kardioinhibitorisen) sekä sieltä lähtevien sympaattisten ja parasympaattisten, sydämeen ja valtimoihin kulkevien, hermosyiden kanssa refleksikaaren, jota kutsutaan barorefleksiksi (Antila ym. 1994, Charkoudian ym. 2009). Sympaattisella hermostolla on pitkään tiedetty olevan merkittävä rooli lyhytaikaisten verenpaineen muutosten säätelyssä barorefleksien avulla. Uusimpien tutkimustulosten mukaan sympaattiset neuraaliset mekanismit ovat tärkeitä myös pitkäaikaisen verenpaineen säätelyssä (Charkoudian ym. 2009). Yleisimmin terveydenhuollossa käytetty menetelmä systolisen ja diastolisen verenpaineen selvittämiseksi on mittaaminen käsivarteen sijoitettavan pumpattavan mansetin avulla. Menetelmällä voidaan mitata verenpaine noin kerran kahdessa

24 22 minuutissa. Verenpaine voidaan mitata jatkuvasti invasiivisesti valtimoon asetetun katetrin avulla tai noninvasiivisesti ns. Penazin menetelmää käyttäen, jossa (esim. sormeen asetetun) mansetin sisällä olevan valtimon halkaisija pidetään vakiona huolimatta tapahtuvista verenpaineen muutoksista. Muutoksia valtimon halkaisijassa mitataan mansetin sisään asennetulla fotopletysmografia-anturilla ja havaitut muutokset kompensoidaan nopeilla mansetin paineen muutoksilla. (Tarvainen 2006) Liikunnan vaikutukset verenpaineeseen Kestävyys- ja lihaskuntoharjoittelu nostavat systolista verenpainetta harjoittelun aikana, mutta harjoittelun pitkäaikaisvaikutukset verenpaineeseen ovat päinvastaiset. Sekä kestävyys- että voimaharjoittelulla näyttäisi olevan positiivisia vaikutuksia lepoverenpaineeseen. Joogan asanaharjoittelu voi sisältää liikkuvuusharjoittelun lisäksi sekä kevyttä kestävyysharjoittelua että lihaskuntoharjoittelua harjoituksen painotuksesta riippuen. Kohonneesta lepoverenpaineesta kärsivän tulisi liikkua päivittäin minuuttia kohtuurasitteisella tasolla eli noin 40-60% VO 2max. Kohonneesta lepoverenpaineesta kärsivät voivat odottaa säännöllisen harjoittelun laskevan systolista verenpainetta jopa 8 10 mmhg ja diastolista 6 10 mmhg. Ensimmäiset vaikutukset lepoverenpaineeseen näkyvät jo muutamien harjoitusviikkojen jälkeen (Kravitz 2001). Suomalaisen Käypä hoito suosituksen mukaan (2010) kohtalaisen kuormittava kestävyystyyppinen liikuntaharjoittelu, esimerkiksi puoli tuntia reipasta kävelyä viidesti viikossa pienentää sekä normo- että hypertensiivisten henkilöiden lepoverenpainetta keskimäärin 5/2 mmhg liikuntaharjoittelun kestäessä vähintään neljä viikkoa. Lihaskuntoharjoittelun vaikutusta verenpaineeseen tutkineessa meta-analyysissä vuodelta 2000 oli reilut 300 tutkittavaa 11 tutkimuksessa, ja siinä todettiin harjoittelijoilla 3/3 mmhg:n suuruinen lepoverenpaineen nettovähenemä verrattuna verrokeihin, jotka eivät lisänneet liikuntaa. (Kelley ym. 2000). Käypä hoito suositusten mukaan (2010) kohtuukuormitteinen, teho noin 60% RM:stä (RM=yhden toistokerran maksimi), kuntosaliharjoittelu keskimäärin kolme kertaa viikossa saattaa

25 23 laskea normo- ja hypertensiivisten henkilöiden lepoverenpainetta 3/4 mmhg Käypä hoito suosituksen pohjana olevien tutkimusten harjoitteluohjelman keskimääräinen kesto oli 16 viikkoa (vaihteluväli 6 26 viikkoa). Harjoittelun tarkka vaikutusmekanismi verenpaineeseen on vielä epäselvä. Verenpaineen säätelyyn osallistuvat neuraalisen järjestelmän lisäksi myös biokemialliset ja hormonaaliset tekijät. Näiden arvellaan vaikuttavan verisuonten seinämiin siten, että seinämät kykenevät rentoutumaan paremmin. Koska harjoittelu vaikuttaa positiivisesti kohonneeseen verenpaineeseen, joka on autonomisen hermoston säätelemää, niin oletettavasti harjoittelulla on positiivisia vaikutuksia myös verenpaineen taustalla olevaan säätelyjärjestelmään. 5.4 Autonomisen hermoston testit Autonomisen hermoston toiminnan tutkimiseen on kehitetty useita lääketieteellisiä testejä. Testit on tarkoitettu enimmäkseen autonomisen hermoston toiminnan poikkeavuuksien toteamiseen. Kardiovaskulaariheijasteisiin kuten syke-, verenpaine- ja hengitysanalyyseihin, perustuvia standardoituja testejä ovat esimerkiksi Valsalvan koe, syväänhengityskoe, ortostaattinen koe sekä isometrinen puristuskoe. Näitä kokeita käytetään, kun epäillään autonomisen hermoston toimintaa häiritsevää pitkittynyttä stressitilaa tai neuropatiaa esimerkiksi diabetekseen liittyvänä lisäsairautena. Nämä testit toimivat lähinnä diagnostisina apuvälineinä ja niiden soveltuvuutta terveen ihmisen autonomisessa hermostossa tapahtuvien muutosten toteamiseen liikuntaharjoittelun aikana ja/tai sen jälkeen on tutkittu melko vähän. 5.5 Biokemialliset määritysmenetelmät Biokemiallisiksi määrityksiksi lasketaan hormonaaliset ja immunologiset mittaukset. Näitä voidaan tehdä tavallisimmin verestä, virtsasta ja syljestä. Mahdollisesta stressistä ja sympatikuksen yliaktivaatiosta kertovina löydöksinä voidaan pitää veren kohonnutta glukokortikoidipitoisuutta (tärkeimpänä kortisoli), sukupuolihormonien esiasteen eli

26 24 dehydroepiandosteronipitoisuuden (DHEA) pienenemistä, miehillä prolaktiiniarvon pienenemistä, katekoliamiinien (adrenaliini, noradrenaliini, dopamiini) suurenemista sekä tappajasolujen vähentynyttä aktiivisuutta. Immunoglobuliini A:n pitoisuus määritetään syljestä. Sen määrä vähenee stressitilanteessa, sympatikuksen yliaktivaatiotilassa. (Gockel, Lindholm 2000) Aivolisäke-lisämunuaisakselin hormoneista on liikuntaharjoittelun yhteydessä mahdollista mitata kortisolin määrä ennen ja jälkeen harjoituksen. Glukokortikoidipitoisuudet suurenevet minuutissa harjoituksen alkamisen jälkeen ja pienenevät minuuttin kuluttua harjoituksen jälkeen (Korkeila 2008). Mittauksissa on ongelmana kortisolin vuorokausirytmiin sitoutunut erittyminen (aamulla enemmän), siksi mittausten ajoittaminen samaan vuorokaudenaikaan on tärkeää. Ennen harjoittelua ja sen jälkeen voidaan virtsasta mitata katekoliamiineista, ainakin noradrenaliinin, pitoisuus. Kohonnut testosteronipitoisuus yksinään kertoo anabolisesta tilasta, mutta jos kortisoli on samalla koholla, niin se kertoo anabolian ja katabolian tasapainosta (Gockel, Lindholm 2000). Testosteronin tai sen esiasteiden (DHEA) pitoisuuden mittaaminen onnistuu harjoitustilanteessa verestä tai syljestä. Biokemialliset mittaukset ovat tärkeitä autonomisen hermoston tilaa tutkittaessa. Johtopäätösten vetäminen vaatii useita samoissa olosuhteissa toistettuja mittauksia. Mittaustuloksia arvioitaessa on otettava huomioon myös vuorokausirytmiin liittyvät hormonaaliset muutokset sekä naisilla myös kuukautiskiertoon liittyvät muutokset sukupuolihormonien erityksessä. Biokemialliset indikaattorit reagoivat myös oletettavasti hitaammin kuin kardiovaskulaariheijasteet autonomisen hermoston tilan muutoksiin ja näytteenottojen toteuttaminen on laboratorio-olosuhteiden ulkopuolella hankalampaa kuin verenkiertoelimistöön kohdistuvat mittaukset. Biokemialliset mittaukset auttavat ymmärtämään autonomisen hermoston ja endokriinisen järjestelmän yhteyksiä.