Kestävyys fyysisenä perusominaisuutena voidaan määritellä

Transkriptio

1 3.2. Kestävyysominaisuuksien mittaaminen Kestävyys fyysisenä perusominaisuutena voidaan määritellä elimistön kykynä vastustaa väsymystä fyysisen kuormituksen aikana. Mikä on kestävyyssuoritusta rajoittava ja väsymystä aiheuttava tekijä on vielä epäselvää ja jatkuvan väittelyn kohteena. Itse asiassa koko väsymys-termi on hyvin monisävyinen, sisältäen ulottuvuuksia, jotka ovat ainakin jossain määrin spesifejä kyseessä olevalle kuormitukselle. Väsymyksen syyt vaihtelevat siten suorituksen keston ja intensiteetin mukaan. Tätä taustaa vasten todennäköisyys, että motorisen toiminnan heikkeneminen voitaisiin paikallistaa johonkin yhteen tiettyyn kohtaan tai tapahtumaan elimistössä vaikuttaa varsin pieneltä. Kestävyyteen vaikuttavat erityisesti hengitys- ja verenkiertoelimistön kunto, lihasten aineenvaihdunta ja hermoston toiminta. Kestävyysharjoittelu parantaa hengitys- ja verenkiertoelimistön kuntoa ja lihasten aerobista aineenvaihduntaa. Parantunut aerobinen kestävyys pienentää riskiä sairastua sydämen ja verenkiertoelinten sairauksiin ja saattaa jopa ehkäistä ennenaikaista kuolemaa. Yleisin tapa kestävyysominaisuuksien määrittämiseen on maksimaalisen hapenottokyvyn mittaaminen suoralla tai arvioiminen epäsuoralla menetelmällä. Maksimaalisen kestävyyden mittaamiseen käytetään maksimaalisen hapenottokyvyn määrittämisen lisäksi eri liikunta- ja urheilulajeihin perustuvia suorituskykytestejä. Pitkäaikaisen kestävyyden tai submaksimaalisen kestävyyden arvioimiseen käytetään Suomessa useimmiten sydämen sykkeeseen, hengityskaasuihin tai veren laktaattipitoisuuteen perustuvia mittauksia. Edellä mainittuihin arvoihin ja niiden muutoksiin perustuu myös aerobisen ja anaerobisen kynnyksen määrittäminen. Ari Nummela Kestävyyssuorituskykyä selittävät tekijät Suorituskykyyn kestävyyssuorituksissa vaikuttavat maksimaalinen hapenottokyky, pitkäaikainen aerobinen kestävyys, suorituksen taloudellisuus sekä hermo-lihasjärjestelmän suorituskykyisyys. Lyhytkestoisissa suorituksissa (alle 5 min.) myös anaerobisella energiantuotolla on vaikutusta suorituskykyyn. Kestävyysominaisuuksia mitattaessa on syytä tietää, että testi- ja mittausmenetelmät vaikuttavat aina myös mittaustulokseen. Pitkäaikainen aerobinen kestävyys Suomalaisessa kestävyysurheiluvalmennuksessa on muodostunut yleiseksi käytännöksi luokitella ja kontrolloida kestävyysharjoittelun tehoa käyttämällä hyväksi urheilijan energia-aineenvaihdunnan muutoksiin perustuvia kestävyysominaisuuksia. Kestävyyden osa-alueille on annettu omat luonteenomaiset nimityksensä tehotason mukaisesti: peruskestävyys, vauhtikestävyys, maksimikestävyys ja nopeuskestävyys. Perus- ja vauhtikestävyysalueiden välisistä rajoista käytetään nimityksiä aerobinen ja anaerobinen kynnys (Kuva 3.3.). Aerobinen kestävyys Anaerobinen kestävyys Peruskestävyys Vauhtikestävyys Maksimikestävyys Nopeuskestävyys AerK Ank VO 2 max Työteho / nopeus / syke Kuva 3.3. Kestävyyden eri osa-alueet. 51

2 Testattavan pitkäaikaista aerobista kestävyyttä voidaan kuvata määrittämällä aerobinen ja anaerobinen kynnys. Kynnysten määrittäminen perustuu lihaksen energia-aineenvaihdunnassa tapahtuviin muutoksiin suoritustehon lisääntyessä. Aineenvaihdunnan muutoksia pystytään seuraamaan mittaamalla verestä laktaattipitoisuutta sekä mittaamalla uloshengitysilman tilavuutta ja happi- ja hiilidioksidipitoisuutta. Suoritustehon lisääntyessä anaerobinen energiantuotto (glykolyysi) lisääntyy. Glykolyysin lopputuotteena syntynyt maitohappo hajoaa lihassolussa heti syntymisensä jälkeen laktaatti- ja vetyioniksi. Laktaatti- ja vetyionipitoisuuden kasvaessa lihassolussa ne siirtyvät diffuusion ja aktiivisen kuljetuksen avulla solukalvon läpi verenkiertoon. Laktaatti-ionit voivat jo sinällään häiritä lihassupistusta, mutta tärkein lihastyötä haittaava tekijä on vetyionien kertymisestä johtuva elimistön happamoituminen. Laktaattia käsitellään kahdella päätavalla: se voidaan hapettaa ja käyttää energianlähteenä tai siitä voidaan muodostaa glukoosia. Laktaatin oksidaatiota tapahtuu merkittävässä määrin luurankolihaksessa, sydämessä ja munuaisissa. Glukoosin uudelleenmuodostusta (glukoneogeneesiä) uskotaan tapahtuvan ainoastaan maksassa. Maitohapon hajotessa laktaatti- ja vetyioneiksi elimistö pyrkii estämään happamoitumistaan puskuroimalla vetyionien haitallisia vaikutuksia bikarbonaattien avulla, sillä elimistön happamoituminen heikentää lihasten suorituskykyä monin tavoin. Happamuuden säätelyyn osallistuu myös hengitys- ja verenkiertoelimistö poistamalla hiilidioksidia keuhkojen kautta uloshengitysilmaan. Vaikka vedyn puskurointi ja laktaatin eliminaatio onkin tehokasta, suoritustehon kasvaessa veren laktaattipitoisuus alkaa nousta ja ph-luku laskea eli veren happamuus kasvaa. Suoritustehon noustessa veren happiosapaineen lasku ja hiilidioksidiosapaineen nousu stimuloivat ventilaatiota, jolloin sekä hengitystilavuus että hengitysfrekvenssi kasvavat (esim. Wasserman ym. 1990). Ns. laktaattikynnys määritetään tavallisimmin kohtaan, jossa suoritustehon lisäys ensimmäistä kertaa aiheuttaa laktaattipitoisuuden nousun perustasosta (esim. Ivy ym. 1980). Tutkimusten mukaan lihaksen hapenpuute ei yksin selitä muutoksia laktaattipitoisuudessa, vaan siihen vaikuttaa myös lisääntynyt energiantarve ja sitä kautta käynnistyvä hormonitoiminta, joka puolestaan aktivoi hiilihydraattien hajottamista. Laktaattipitoisuuden muutokseen vaikuttaa myös epätasapaino laktaattia tuottavien ja sitä eliminoivien mekanismien välillä sekä nopeiden lihassolujen rekrytointi lisääntyneen energiantarpeen tyydyttämiseksi (esim. Katz ja Sahlin 1990, Stainsby ja Brooks 1990). Tutkimuksissa on myös havaittu, että ventilaation epälineaarinen nousu tapahtuu samanaikaisesti laktaatin ensimmäisen nousun kanssa (esim. Wasserman ym. 1973). Tätä ns. ensimmäistä ventilaatiokynnystä perustellaan maitohapon puskuroinnilla bikarbonaatin avulla, mikä johtaa hiilidioksidin tuoton kasvuun. Kohonnut CO 2 pitoisuus puolestaan aiheuttaa lisääntyneen ventilaation suhteessa hapenkulutukseen sekä hengitysosamäärän nousun. Elimistön happamuus ei vielä tässä vaiheessa muutu. Laktaattikynnys ja ensimmäinen ventilaatiokynnys osuvat yleensä samaan kohtaan, mutta syy-seuraus - suhde ei ole yksiselitteinen. Suomalaisessa kestävyystestauksessa käytetty aerobinen kynnys on laktaattikynnyksen ja ensimmäisen ventilaatiokynnyksen yhdistelmä. Suomessa aerobinen kynnys on määritetty olevan suurin työteho ja energiankulutuksen taso, jossa sydänlihas, maksa ja luurankolihakset pystyvät eliminoimaan tuotettua laktaattia niin paljon, että veren laktaattipitoisuus ei nouse yli lepotason. Kun suoritustehoa edelleen lisätään aerobisen kynnyksen jälkeen, laktaatin tuotto- ja eliminaatio eivät enää pysy tasapainossa, vaan veren laktaattipitoisuudessa tapahtuu toinen (yleensä melko jyrkkä) lineaarisuudesta poikkeava nousu. Samanaikaisesti ventilaatio lisääntyy nopeammin kuin hapenkulutus ja toisin kuin ensimmäisellä ventilaatiokynnyksellä ventilaatio lisääntyy myös nopeammin kuin hiilidioksidin tuotto (esim. Wasserman ym. 1973). Tätä taitekohtaa kutsutaan respiratoriseksi kompensaatiokynnykseksi, jota Suomessa nimitetään anaerobiseksi kynnykseksi. Anaerobinen kynnys on määritetty olevan suurin työteho ja energiankulutuksen taso, jossa veren laktaattipitoisuus ei kasva koko suorituksen ajan. Maksimaalinen hapenottokyky Maksimikestävyys kuvaa suoritustehoaluetta anaerobisesta kynnystehosta maksimaaliseen aerobiseen suoritustehoon asti. Maksimaaliseen aerobiseen suoritustehoon vaikuttavat maksimaalinen hapenottokyky (VO 2 max), hermo-lihasjärjestelmän suorituskykyisyys ja suorituksen taloudellisuus. VO 2 max määritellään maksimaaliseksi hapenkulutukseksi aikayksikköä kohti suorituksessa, jossa isot lihasryhmät tekevät työtä ja suoritusta jatketaan progressiivisesti nousevassa kuormituksessa uupumukseen asti. VO 2 max: yyn vaikuttavat kaksi tekijää: 1) lihasten kyky käyttää happea energiantuottoon ja 2) hengitys- ja verenkiertoelimistön ja lihassolujen kyky kuljettaa happea lihassoluihin. Koska VO 2 max: yyn vaikuttavat verenkiertoelimistön hapenkuljetuskyky ja kudos- 52

3 ten hapenkäyttökyky, niin VO 2 max voidaan laskea mittaamalla sydämen minuuttivolyymi (Q) sekä valtimon ja laskimon välinen happiero (a-vo 2 ero): VO 2 max = Q a-vo 2 ero Koska sydämen minuuttivolyymi on sydämen iskutilavuuden (SV) ja sykkeen (HR) välinen tulo, niin VO 2 max voidaan kirjoittaa vielä muotoon: VO 2 max = SV HR a-vo 2 ero Sydämen minuuttivolyymin sekä valtimon ja laskimon happieron mittaaminen on vaikeaa, jonka vuoksi VO 2 max määritetään yleensä mittaamalla hengitysilman tilavuutta sekä happi- ja hiilidioksidipitoisuutta. Tällöin VO 2 max saadaan, kun sisään hengitetyn hapen tilavuudesta vähennetään uloshengitetyn hapen tilavuus: VO 2 max = (V I %O 2I ) (VE %O 2E ), missä V I = sisään hengitetyn ilman tilavuus, VE = ulos hengitetyn ilman tilavuus, %O 2I = sisään hengitetyn ilman happipitoisuus ja %O 2E = ulos hengitetyn ilman happipitoisuus. Taulukko 3.3. Mitattuun maksimaaliseen hapenottokykyyn vaikuttavat tekijät. Ikä Sukupuoli Työtä tekevien lihasten määrä Testin kuormitusmalli Testin kuormituksen kesto Harjoittelu VO 2 max ilmoitetaan yleensä absoluuttisena tilavuutena minuutissa (l min - 1 ). Kehon paino vaikuttaa VO 2 max: yyn siten, että suurikokoisilla ihmisillä VO 2 max on suurempi kuin pienikokoisilla. Sen vuoksi VO 2 max ilmoitetaan myös suhteutettuna kehon painoon (ml kg - 1 min - 1 ). Tosin kehon painoon suhteutettu VO 2 max ei anna vertailukelpoisia arvoja erityisesti kaikkein keveimpien ja painavimpien ihmisten vertailussa. Sen vuoksi on otettu käyttöön myös kehon paino potenssiin 2/3 tai 3/4 suhteutettu arvo (ml kg -2/3 min - 1 ja ml kg -3/4 min - 1 ), joista kehon paino potenssiin 2/3 on ollut yleisimmin käytössä. Absoluuttisen VO 2 max: n merkitys on suuri erityisesti sellaisissa lajeissa, joissa väline kannattaa suurimman osan kehon painosta kuten pyöräily ja soutu. Kehon painoon suhteutettu arvo on puolestaan käyttökelpoinen esim. juoksussa, jossa kehon painoa joudutaan liikuttamaan ilman välinettä. Kehon painon lisäksi monta muutakin tekijää vaikuttaa VO 2 max: yyn (Taulukko 3.3.). Naisilla on % pienempi VO 2 max (l min - 1 ) kuin miehillä (McArdle ym. 1996). Koska miehet ovat yleisesti ottaen naisia kookkaampia, niin sukupuolten välinen ero pienenee %: iin, kun VO 2 max jaetaan kehon painolla. Loput sukupuolten välisestä erosta selittyy kehon koostumuksessa olevilla eroilla ja hemoglobiinipitoisuudella. Harjoittelemattomilla naisilla kehon rasvaprosentti on keskimäärin 26 % ja miehillä 15 % (McArdle ym. 1996). Vaikka urheilijoilla kehon rasvaprosentti on pienempi, niin naisten ja miesten välinen ero säilyy. Näin ollen miehet kykenevät tuottamaan enemmän energiaa aerobisesti suuremman lihasmassansa ansiosta naisiin verrattuna. Kun VO 2 max jaetaan rasvattoman kehon painolla, niin sukupuolten välinen ero pienenee noin 10 %: iin. Tämä jäljelle jäävä sukupuolten välinen ero selittyy hemoglobiinipitoisuudella. Luultavasti lähinnä miesten korkeamman testosteronitason vuoksi heillä on noin % suurempi hemoglobiinipitoisuus kuin naisilla. VO 2 max ei säästy ikääntymisen vaikutuksilta. Kuvassa 3.4. esitetään miten VO 2 max muuttuu pojilla ja tytöillä 6 ja 16 ikävuosien välillä. Absoluuttinen VO 2 max ei eroa tyttöjen ja poikien välillä ennen 12 ikävuotta. Murrosiän ja 16 ikävuoden jälkeen tyttöjen ja poikien välinen ero saavuttaa aikuisen miehen ja naisen välisen eron absoluuttisessa arvossa. Suhteellinen VO 2 max (ml kg - 1 min - 1 ) pysyy pojilla vähän yli 50 ml kg - 1 min - 1 arvossa 6 ja 16 ikävuoden välillä, mutta tytöillä suhteellinen VO 2 max laskee tasaisesti saavuttaen noin 40 ml kg - 1 min - 1 lukeman 16 vuoden ikäisenä. Ero johtuu kehon koostumuksen muutoksista ja erityisesti kokonaisrasvamäärän lisääntymisestä tytöillä. Noin 25 ikävuoden jälkeen VO 2 max laskee tasaisesti noin 1 % vuodessa niin, että 55 vuoden iässä VO 2 max on noin 27 % pienempi kuin 20 vuoden iässä (Kuva 3.4., ks. s. 54). Yleensä kuntoluokitustaulukoissa tämä on huomioitu siten että iäkkäämmät henkilöt ja erityisesti naiset saavuttavat saman kuntoluokituksen pienemmällä hapenotolla (Shvartz & Reibold 1990). VO 2 max on hyvin lajispesifinen ominaisuus, joten testitavalla on merkitystä saavutettuun tulokseen. Tärkein VO 2 max: yyn vaikuttava tekijä on työtä tekevien lihasten massan suuruus, jolloin työtä tekevien lihasten määrän kasvu lisää VO 2 max: ä. Sen vuoksi sauvakävelytestissä saavutetaan 53

4 suurempi hapenotto kuin juoksutestissä tai polkupyörätesteissä. Kuvassa 3.5. on esitetty eri urheilijaryhmien ja harjoittelemattomien ihmisten maksimaalisen hapenoton arvoja. Toisaalta ylämäkijuoksussa voidaan saavuttaa suurempi VO 2 max kuin tasaisella. Ylämäki- ja tasaisen juoksun väliseen hapenoton eroon ei vaikuta pelkästään ero työskentelevien lihasten massassa, vaan joillakin urheilijoilla hermo-lihasjärjestelmän suorituskykyisyys on rajoittavana tekijänä tasaisella juoksun VO 2 max: yyn. Kestävyysharjoittelu ja erityisesti maksimikestävyysharjoittelu kehittää VO 2 max: ä. Harjoittelu vaikuttaa myös lajispesifisti siten, että lajiharjoittelu kehittää hapenkäyttökykyä nimenomaan niissä lihaksissa ja niissä lihastyötavoissa, joilla harjoittelukin pääosin suoritetaan. Sen vuoksi esim. pyöräilijät saavuttavat suuremman VO 2 max: n pyöräilyssä eikä hiihdossa, vaikka suuremmat lihasryhmät ovat toiminnassa hiihtosuorituksen aikana. Kuva 3.4. Iän vaikutus absoluuttiseen VO 2 max: yyn aikuisilla (A) sekä suhteelliseen VO 2 max: yyn lapsilla (B) (mukaeltu McArdle ym. 1991). 54

5 Suorituksen taloudellisuus Termit hyötysuhde ja taloudellisuus kuvastavat samaa asiaa: tehdyn työn ja kulutetun energian välistä suhdetta. Termien välille on kuitenkin vakiintunut tietty vivahde-ero. Taloudellisuudella viitataan hapen kulutukseen tiettyä vakiokuormaa kohti, kun mitattua hapenkulutusta verrataan työn vaatimaan teoreettiseen hapenkulutukseen. Taloudellisuuden yksikkönä käytetään siten hapenkulutusta (VO 2 ) joko l min - 1 tai ml kg - 1 min - 1 arvona. Tarkastelu voidaan suorittaa joko hapenkulutusarvona sellaisenaan tai vertaamalla mitatun hapenkulutuksen eroa teoreettiseen arvoon. Hyötysuhdetta käytetään, kun sekä työ että hapenkulutus on muunnettu SIjärjestelmän mukaisiksi energiayksiköiksi (Joule, J), ja tehtyä työtä verrataan kulutettuun energiaan. Tällöin tulos ilmoitetaan prosentteina. Ulkoisen ja sisäisen mekaanisen työn lisäksi taloudellisuuteen vaikuttavat monet muutkin tekijät. Hapenkulutus tietyn ulkoisen työn tekemiseksi riippuu energiasta (ATP), joka tarvitaan ko. vastuksen voittamiseen sekä energiasta, joka tarvitaan ATP: n tuottamiseen. Taulukossa 3.4. esitetään taloudellisuuteen vaikuttavia tekijöitä lajeissa, joissa joudutaan kannattelemaan omaa kehon painoa (esim. juoksu). Taulukko 3.4. Juoksun taloudellisuuteen vaikuttavia tekijöitä (Bailey ja Pate 1991). Ikä Segmenttien massan jakautuminen Askelpituus Biomekaaniset muuttujat Syke VO 2 max Ventilaatio Lämpötila Mieliala Harjoitustila Väsymys Ulkoisen mekaanisen työn tekemisen edellyttämän lihassupistuksen lisäksi energiaa tarvitaan mm. hapen kuljettamiseen työskenteleville lihaksille, lämmönsäätelyyn ja substraattien metaboliaan. Yritettäessä parantaa näiden tekijöiden hyötysuhdetta, on tavoitteena pienentää sitä energian määrää koko kehossa, joka tarvitaan tietyn energia- Kuva 3.5. Maksimaalinen hapenottokyky eri lajien urheilijoilla ja harjoittelemattomilla. 55

6 määrän tuottamiseen työskentelevissä lihaksissa. Seuraavaksi käsitellään näiden tekijöiden vaikutusta suorituksen taloudellisuuteen. Hapen kuljetus työskenteleville lihaksille. Suorituksen taloudellisuuden kannalta kahdella tekijällä on merkitystä. Nämä ovat keuhkotuuletus ja sydämen sykintätaajuus. Ventilaatioon (VE) käytetyn energian on esitetty vastaavan 7 8 % kokonaishapenkulutuksesta työn aikana. Urheilijoilla on pienempi VE absoluuttista VO 2 tasoa kohden kuin harjoittelemattomilla. Urheilijat tuottavat tietyllä submaksimaalisella työteholla vähemmän laktaattia ja heillä veren ph on korkeampi kuin harjoittelemattomilla. Vastaavasti veren bikarbonaattipuskurijärjestelmä on vähemmän kuormitettu ja poistettavan hiilidioksidin määrä on pienempi johtaen alhaisempaan minuuttiventilaatioon. Pienentyneen ventilaatiotarpeen vuoksi säästynyt energia voi vaikuttaa koko kehon energiankulutusta pienentävästi. Sydänlihaksen hapenkulutus vastaa 1 2 % koko kehon hapenkulutuksesta. Siten sydänlihaksenkin pienentyneen energiankulutuksen voi olettaa heijastuvan kokonaisenergiankulutukseen. Tämän tekijän vaikutus on kuitenkin niin pieni, ettei sen avulla voi selittää hapenkulutuksen muutoksia. Esimerkiksi sydämen sykkeen alentuminen 20 lyöntiä minuutissa pienentäisi sydänlihaksen hapenkulutusta 1,6 ml min g - 1. Olettamalla sydämen painavan 500 g vastaa pienentynyt VO 2 ainoastaan 0,008 l min - 1 säästöä. Lämmönsäätely Tutkimustulokset kehon lämpötilan vaikutuksesta suorituksen taloudellisuuteen ovat ristiriitaisia. Eniten kannatusta on saanut näkemys, jonka mukaan submaksimaalisessa kuormituksessa VO 2 pienenee jonkin verran kehon lämpötilan noustessa, vaikka lämmön poistomekanismien täysitehoinen aktivoituminen samalla lisää hapenkulutusta. Substraattien käyttö Elimistö käyttää kuormituksen aikana energianlähteenään pääasiassa hiilihydraatteja ja rasvoja. Hiilihydraattien ja rasvojen käytön keskinäinen asema riippuu monesta tekijästä kuten substraattien saatavuudesta ja kuormitustasosta. Niiden keskinäisen käytön suhde vaikuttaa mitattavaan taloudellisuuteen. Kun elimistö käyttää rasvoja energianlähteenään, tuotetaan yhtä kulutettua happilitraa kohti 19,7 kj (4,70 kcal). Hiilihydraateilla tuotettu energia on 21,1 kj (5,05 kcal) yhtä happilitraa kohti. Siten lisääntynyt hiilihydraattien käyttö tietyllä kuormalla johtaa matalampaan hapenkulutukseen. Kestävyysharjoittelun yhtenä tavoitteena on parantaa elimistön kykyä käyttää rasvoja energianlähteenä kuormituksen aikana. Mikäli muut taloudellisuuteen vaikuttavat tekijät pysyvät vakiona, johtaa lisääntynyt rasvojen käyttö vakiokuormalla suurempaan hapenkulutukseen ja heikompaan taloudellisuuteen. Askelpituus ja muut biomekaaniset tekijät Useimmissa tutkimuksissa on taloudellisimman etenemistavan havaittu olevan koehenkilöiden vapaasti valitsemalla askelpituudella. Askeleen pidentäminen tai lyhentäminen tästä lisää energiankulutusta. Liikkumisen taloudellisuutta edistäisi massan keskittyminen periferian sijasta lähelle vartaloa. Tiedossa ei ole kuitenkaan keinoa, jolla massan jakaumaan voitaisiin vaikuttaa. Toisaalta raajojen lihasmassan väheneminen voisi taloudellisuuden mahdollisen paranemisen lisäksi vaikuttaa heikentävästi VO 2 max: yyn. Testauksen kannalta on enemmän merkitystä havainnolla, jonka mukaan pienikokoisilla henkilöillä suhteellisesti suurempi osa massasta jakaantuu raajoihin. Siten liikkumiseen tarvittava energia on suhteessa jonkin verran suurempi ja hyötysuhde heikompi kuin suurempikokoisilla henkilöillä. Biomekaanisilla tekijöillä on suuri merkitys juoksun taloudellisuuteen, sillä niiden on esitetty selittävän yli 50 % juoksun taloudellisuuden eroista eri ihmisten välillä. Ikä Kronologisen iän sekä juoksun ja kävelyn taloudellisuuden suhde on parabolinen. Hyötysuhde on heikompi lapsilla verrattuna nuoriin ja aikuisiin. Hyötysuhde heikkenee jälleen vanhuudessa. Lapsilla energian tarve voi olla suurempi korkeamman perusaineenvaihdunnan ja suuremman rasva-aineenvaihdunnan takia kuormituksessa. Murrosikäisillä energian tarve voi olla pienempi suuremman alaraajojen ja askelpituuden sekä alhaisemman kehon pinta-alan ja kehon massan suhteen vuoksi. Taulukossa 3.5. on esitetty iän vaikutus taloudellisuuteen kävelyssä ja juoksussa alle 20 vuoden ikäisenä. On huomattava, että taulukkoa voi soveltaa vain sellaisissa lajeissa, joissa kannatellaan omaa kehon painoa (juoksu ja kävely). Mekaanisen hyötysuhteen ei ole osoitettu eroavan lapsilla esim. pyöräilyssä. Nuorten ja hieman varttuneempien aikuisten hyötysuhteen eroista ei ole selkeää käsitystä. Myöhemmällä iällä hyötysuhde kuitenkin heikkenee lihasten elastisuuden ja antagonistilihasten relaksaation huonontumisen vuoksi. Molemmat tekijät heikentävät luurankolihasten kykyä 56

7 varastoida ja hyödyntää elastista energiaa johtaen energian kulutuksen kasvuun vakiokuormalla. Tehokas lihasten elastisuuden käyttö ja hyvä suoritustekniikka mahdollistavat agonisti-antagonisti - lihasten optimaalisen toiminnan ja suorituksen taloudellisuuden kaikissa ikäluokissa. VO 2 max Taloudellisuuden ja VO 2 max: n välistä suhdetta ei ole selkeästi osoitettu. Tutkimuksissa on saatu eroja taloudellisuudessa ja VO 2 max: ssä esim. keski- ja pitkän matkan juoksijoiden välille. Käytetyt vauhdit saattavat kuitenkin heijastella enemmän taloudellisuuden eroja harjoitusvauhdeissa kuin VO 2 max: n aiheuttamia eroja taloudellisuudessa. On myös mahdollista, että korkean VO 2 max: n omaavat henkilöt kykenevät käyttämään paremmin rasvoja energianlähteenä kuormituksessa. Kuten edellä todettiin, saman energiamäärän tuottaminen rasvoista kuluttaa enemmän happea kuin hiilihydraattien käyttö. Tarkkaavaiselle lukijalle on jo tässä vaiheessa selvää, ettei yksinomaan hapenkulutuksen käyttö taloudellisuuden tarkastelemiseksi tuota parasta tulosta, vaan siihen tulisi liittää ainakin hengitysosamäärän, ventilaation ja sykkeen vertailu edeltäviin testeihin. Harjoitustila Harjoittelu parantaa suorituksen taloudellisuutta erityisesti niissä suorituksissa ja niillä liikenopeuksilla, joilla harjoituksetkin on tehty. Positiivinen vaikutus on saatu aikaan sekä määrä- että tehopainotteisella harjoittelulla. Taloudellisuuden paranemista on selitetty suoritustekniikan ja lihasten oksidatiivisen kapasiteetin paranemisella. Väsymys ja mieliala Väsymyksellä ei uskota olevan merkittävää vaikutusta taloudellisuuteen yksittäisen kuormituksen aikana silloin, kun kuormitus ei tyhjennä elimistön glykogeenivarastoja. Normaalissa testitilanteessa näin ei tapahdukaan. Positiivisen mielialan on osoitettu korreloivan voimakkaasti juoksun taloudellisuuden kanssa. Mielialaa ja sen vaikutusta on vaikea mitata normaalissa testitilanteessa. Olettamus, että testattavat ovat motivoituneita, riittänee. Anaerobinen kestävyys Nopeuskestävyys on kestävyyden osatekijä, joka työtehona ylittää maksimaalisen aerobisen tehon. Nopeuskestävyyden merkitys on suurimmillaan sellaisissa liikuntasuorituksissa, joissa suuritehoisen suorituksen kesto on s. Energiantuotollisesti nopeuskestävyys perustuu pääasiassa anaerobiseen aineenvaihduntaan. Nopeuskestävyyteen eli maksimaaliseen anaerobiseen kestävyyteen vaikuttavat anaerobinen kapasiteetti, anaerobinen teho, anaerobinen taloudellisuus ja hermo-lihasjärjestelmän suorituskykyisyys. Anaerobisella kapasiteetilla tarkoitetaan maksimaalista adenosiinitrifosfaatin (ATP) määrää, joka voidaan tuottaa anaerobisen energia-aineenvaihdunnan avulla lyhytkestoisen maksimaalisen työn aikana. Anaerobisella teholla tarkoitetaan anaerobisen aineenvaihdunnan ATP: n tuottonopeutta lyhytkestoisen maksimaalisen suorituksen aikana. Anaerobisen kapasiteetin mittaamiseen ei ole olemassa suoraa menetelmää. Kolmea lähestymistapaa: happivelka, maksimaalinen veren laktaattipitoisuus ja happivaje, on käytetty anaerobisen kapasiteetin määrittämisessä, mutta jokaisessa menetelmässä on omat heikkoutensa. Happivelka Happivelka on lepotason ylittävä hapenkulutus työn päättymisen jälkeen. Happivelan on todettu kasvavan suhteessa työn intensiteettiin. Siitä huolimatta happivelan käyttöön anaerobisen kapasiteetin kuvaajana pitää suhtautua suurella varauksella, sillä työn jälkeisen lepotason ylittävään hapenkulutukseen vaikuttavat monet muutkin kuin pelkästään anaerobiseen metaboliaan liittyvät tekijät. Tällaisia ovat mm. kehon lämpötila, katekoliamiinit ja laktaatin glukoneogeneesi. Happivelan todellista sisältöä kuvaa siten osuvammin englannin kielen termi: EPOC (excess postexercise oxygen consumption). Maksimaalinen veren laktaattipitoisuus Huolimatta veren maksimaalisen laktaattipitoisuuden tulkintaan liittyvistä ongelmista, käytetään sitä sekä urheiluvalmennuksessa että tutkimustyössä kuvaamaan anaerobista energiantuottoa ja kapasiteettia. Sen käyttöä tukee Taulukko 3.5. Lapsen ja aikuisen energiankulutuksen suhde kävelyssä ja juoksussa (Sallis ym. 1991). Ikä (v) ,37 1,32 1,26 1,23 1,20 1,18 1,14 1,11 1,09 1,08 1,05 1,04 1,03 1,02 1,01 1,00 57

8 Kuva 3.6. Anaerobisen kapasiteetin määrittäminen happivajeen avulla (Medbø ym. 1988). Happivajeen määrittäminen on kaksivaiheinen. Ensin määritetään (A) lineaarisovite juoksunopeuden ja hapenkulutuksen välille. Sen jälkeen määritetään sovitteen avulla supramaksimaalisen nopeuden hapentarve. Anaerobisen kapasiteetin tai happivajeen määrittämiseksi (B) mitataan supramaksimaalisesta suorituksesta hapenkulutus. Happivaje saadaan, kun supramaksimaalisen suorituksen hapentarpeesta vähennetään supramaksimaalisen suorituksen hapenkulutus. 58

9 a) korkea korrelaatio maksimaalisen veren laktaattikonsentraation ja lyhytkestoisen suorituskyvyn välillä (Ohkuwa ym. 1984; Lacour ym. 1990; Nummela ym. 1992); b) nopeus- ja voimalajien urheilijoilta mitatut korkeammat laktaattipitoisuudet kestävyysurheilijoihin ja harjoittelemattomiin verrattuna (Komi ym. 1977; Thomson & Garvie 1981) ja c) maksimaalinen veren laktaattipitoisuus kasvaa nopeuskestävyysharjoittelun seurauksena (Ready ym. 1981; Sharp ym. 1986; Jacobs ym. 1987). Näistä tekijöistä huolimatta tähän menetelmään liittyy useita heikkouksia, joiden vuoksi maksimaalista veren laktaattipitoisuutta ei voida käyttää anaerobisen kapasiteetin määrittämisessä. Ongelmat ovat: a) todeta, milloin lihaksen ja veren laktaattipitoisuuksien välillä vallitsee tasapaino; b) ennen tasapainotilan saavuttamista suuri osa laktaatista on jo siirtynyt maksaan, sydänlihakseen ja työtä tekemättömiin luurankolihaksiin ja muutettu takaisin palorypälehapoksi ja c) veren laktaattipitoisuus ei kuvaa kreatiinifosfaatin osuutta anaerobisesta kapasiteetista. Happivaje Happivajeen käyttöä anaerobisen kapasiteetin kuvaajana (Kuva 3.6.) puoltavat: a) happivajeen sekä verestä että lihaksista mitattujen anaerobisen aineenvaihdunnan lopputuotteiden, laktaatti- ja vetyionipitoisuuksien, välinen suhde (Green & Dawson 1993); b) korkea korrelaatio maksimaalisen veren laktaattipitoisuuden ja lyhytkestoisen suorituskyvyn välillä (Scott ym. 1991); c) nopeuslajien urheilijoilta mitatut suuremmat arvot kestävyysurheilijoihin ja harjoittelemattomiin verrattuna (Hermansen & Medbø 1984; Nummela & Rusko 1995); d) happivajeen kasvu anaerobista kapasiteettia kasvattavan harjoittelun seurauksena (Medbø & Burgers 1990). Sen käyttöä kuitenkin rajoittavat oletukset: a) hapenkulutus (energiankulutus) kasvaa lineaarisesti siirryttäessä submaksimaalisista työtehoista maksimiin ja b) suorituksen taloudellisuus ei muutu väsyneenä. Happivajeen mittaaminen on lisäksi aikaa vievää, joten menetelmän käyttö ja soveltaminen käytännön testaamisessa on ollut vähäistä. Ari Nummela Kuormitus- ja mittalaitteet Polkupyörä- ja muut ergometrit Polkupyöräergometri on eniten käytetty testilaite kestävyyskunnon mittaamiseksi kuntotestauksessa, kliinisessä rasituskokeessa ja tutkimustyössä. Polkupyöräergometreissä on laitekohtaisia eroja: nykyään yleisimmin käytössä ovat sähköjarrutteiset ergometrit, mutta saatavilla on myös mekaanisella ja magneettisella jarrulla toimivia ergometrejä. Testikäytössä on oleellista, että säädettyyn vastukseen ja laskettuun tehoon voi luottaa eli ergometrin jarrutusvoiman pitää olla kalibroitavissa. Ergometrien kalibroinneissa on laitekohtaisia eroja, mutta perusperiaatteena on nollatason tarkistus ja varsinainen kalibrointi 3 6 kg painolla. Kalibrointi on tarkistettava säännöllisesti, erityisesti, jos ergometriä joudutaan usein siirtelemään. Polkupyörätesteissä käytetään yleisimmin poljinkierrosta minuutissa. Valittaessa polkupyöräergometriä testikäyttöön on varmistuttava siitä, että em. poljinkierroksilla päästään riittävän suuriin tehoihin. Kuntoilijoiden kestävyyden testauksessa 400 W teho on useimmissa tapauksissa riittävä ja huippupyöräilijöillä pitää varautua jopa 600 W tehoihin. Anaerobisessa suorituskykytestissä (MACT) polkupyöräergometriltä vaaditaan jopa yli 900 W tehoa (yli 150 rpm). Polkupyörän lisäksi varsinkin urheilijoiden testauskäytössä on myös muita ergometrejä. Yleisimmin on käytetty ilmavastuksella toimivia soutuergometrejä. Sen lisäksi on olemassa ainakin melontaan ja uintiin tarkoitettuja ergometrejä. Kyseisissä laitteissa työmäärien vakiointi ja laitteiden välinen vertailu on ongelmallinen, joten on suositeltavaa, ettei eri laitteilla mitattuja työmääriä vertailla keskenään. Juoksumatto Juoksumatto on polkupyöräergometrin ohella eniten käytetty testiväline kestävyysominaisuuksien testaamisessa. Etenkin VO 2 max mittaamisessa suoralla menetelmällä käytetään juoksumattoa kuormitusvälineenä yleisesti. Viimeisen kymmenen vuoden aikana tapahtunut tekninen kehitys on tosin tuonut rinnalle vaihtoehdoksi valojänisohjatut testit juoksuradalla, jossa voidaan käyttää kannettavaa hapenoton mittalaitetta. Juoksumaton etu juoksurataan verrattuna on testattavan pysyminen paikallaan, jolloin testattava on koko ajan testaajan valvonnassa ja voidaan käyttää muitakin kuin kannettavia tai telemetrisiä mittalaitteita. Juoksumatto takaa myös sen, että testissä käytettävät nopeudet säilyvät vakiona ja tasaisena. Juoksuradan etuna on puolestaan harjoitteluolosuhdetta vastaava ympäristö. Erityisesti urheilijoiden testaamisessa on viimeisten vuosien aikana menty entistä lajinomaisempaan suuntaan. Tämä johtuu mm. siitä, että juoksumatto- ja ratatestien tulokset eivät ole täysin yhteneväiset. Tutkimuk- 59

10 sissa on havaittu, että juoksijat, jotka pystyvät taloudelliseen suoritukseen juoksumatolla eivät välttämättä ole yhtä taloudellisia radalla. Testikäyttöön valitun juoksumaton pitää täyttää tietyt laatu- ja ominaisuuskriteerit. Juoksumattotesteissä käytettävät kuormitusmallit (MART-testi) määräävät sen, että juoksumaton maksiminopeus täytyy olla vähintään 35 km h - 1. Jos juoksumattoa ei käytetä anaerobisten testien tekemiseen, niin 25 km h - 1 maksiminopeus riittää huippukestävyysjuoksijallekin ja kuntoilijoiden testaukseen riittää 20 km h - 1. Juoksumaton kallistusta pitää pystyä myös säätämään. Suomessa käytössä olevissa testeissä 20 asteen kulma on riittävä huippukuntoisillekin kestävyysurheilijoille. Juoksumaton nopeuden ja kulman säätö täytyvät olla luotettavia. Ne eivät saa muuttua testin aikana. Heikkotasoisissa juoksumatoissa juoksumaton nopeus hidastuu huomattavastikin kontaktin aikana. Juoksumaton kulma ja nopeus on syytä tarkistaa säännöllisesti. Nopeuden kalibroinnissa on kaksi tapaa: takometri tai sekuntikello. Juoksumaton nopeus voidaan tarkistaa sekuntikellon avulla siten, että mitataan juoksumaton hihnan pituus maton keskikohdasta ja sen jälkeen mitataan sekuntikellolla esim. 10 kierrokseen kuluva aika eri nopeuksilla. Suositeltavaa on tarkistaa juoksumaton nopeus ilman juoksijaa ja juoksijan kanssa sekä juoksumaton käytön alussa sekä esim. puolen tunnin käytön jälkeen. Juoksumaton kulman kalibroinnissa on tarpeen tarkistaa nollataso vesivaa alla ja mittaamalla juoksumaton kiinteisiin rakenteisiin asteluvut. Juoksumatolla juokseminen vaatii totuttelua kokeneeltakin juoksijalta, koska suorituksen aikana juoksija pysyy paikallaan ja alusta liikkuu eikä päinvastoin niin kuin maantiellä tai radalla juoksemisessa tapahtuu. Testin aikana voi kokenutkin juoksija kompastua ja kaatua, mikä nopeudesta riippuen saattaa aiheuttaa pahojakin vammoja testattavalle, ellei turvallisuudesta ole huolehdittu asianmukaisella tavalla. Maksimitestin suorittamisessa on aivan välttämätöntä käyttää turvavaljaita, jotka ovat kiinni joko testihuoneen katossa tai kuten suurimmissa juoksumatoissa juoksumaton omassa kehikossa. Kehittyneimmissä juoksumatoissa turvavaljaat on yhdistetty vielä juoksumaton hätäkatkaisijaan siten, että turvavaljaiden varaan jääminen pysäyttää juoksumaton automaattisesti. Toinen turvallisuuden kannalta oleellinen seikka on, että testaaja pysyttelee koko testin ajan juoksumaton hätäkatkaisijan lähettyvillä, jotta hän voi tarpeeksi nopeasti reagoida äkillisiin tapahtumiin juoksumatolla. Sykkeen mittauksessa käytettävät laitteet Sykkeen mittaamiseen käytetään kestävyystesteissä EKG-laitteita ja sykemittareita. Sykemittarit ovat yleistyneet myös testikäytössä niiden käyttömukavuuden ja helppouden takia. Vaikka testin aikana käytettäisiinkin sykemittaria sykkeen määrittämiseen, niin testipaikan valmiudet sydänkäyrän mittaamiseen pitää olla olemassa. Erityisesti aiemmin liikuntaa harrastamattomien testauksessa ja riskiryhmiin kuuluvien osalta EKG-laitteen käyttö sykkeen mittauksessa on välttämätöntä. Hengityskaasuanalysaattorit Aerobista energiantuottoa voidaan mitata useilla eri menetelmillä, jotka jaetaan yleensä kahteen ryhmään: suora- ja epäsuora kalorimetria. Suorassa kalorimetriassa mitataan kehon lämmöntuottoa, joka on suorassa suhteessa energiantuottoon. Suora kalorimetria on tarkka menetelmä energiantuoton mittaamiseen, mutta käytännön testitilanteeseen se ei ainakaan toistaiseksi ole sopiva menetelmä. Koska aerobisessa suorituksessa energiaa tuotetaan lähes pelkästään hapetusreaktioiden avulla, voidaan energiankulutusta arvioida suhteellisen tarkasti mittaamalla testattavan hapenottoa vakiotehoisessa suorituksessa. Pommikalorimetrillä tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että 4,82 kcal energiaa vapautuu, kun hiilihydraattia, rasvaa ja proteiinia sisältävän seoksen polttamiseen käytetään yksi litra happea. Energiankulutuksen määrittämistä hapen avulla kutsutaan epäsuoraksi kalorimetriaksi ja sitä periaatetta käytetään yleisesti hyväksi myös kestävyysominaisuuksien testaamisessa. Testauksessa yleisimmin käytössä olevat hengityskaasuanalysaattorit mittaavat hapenkulutusta avoimella menetelmällä, jossa testattava hengittää sisään vakiokoostumuksen omaavaa huoneilmaa (20,93 % happea, 0,03 % hiilidioksidia ja 79,04 % typpeä). Mittaamalla sisään- ja uloshengitysilman happi- ja hiilidioksidipitoisuutta sekä hengitettävän ilman tilavuutta voidaan laskea hapen- ja sitä kautta myös energiankulutusta. Tutkimuksissa, joissa on verrattu energiankulutusta epäsuoralla ja suoralla kalorimetrialla, on epäsuora kalorimetria todettu validiksi menetelmäksi arvioimaan energiankulutusta levossa ja vakiotehoisessa kuormituksessa. Epäsuoran ja suoran kalorimetrian väliset erot energiankulutuksessa ovat useissa tutkimuksissa olleet alle 1 % (McArdle ym. 1996). Markkinoilla on useita erilaisia tietokoneohjattuja hengityskaasuanalysaattoreita, mutta riippumatta laitteen hinnasta ja automaation tasosta, laite on yhtä hyvä kuin laitteen 60

11 mittaustarkkuus. Suurelta osalta mittaustarkkuuteen vaikuttaa testaajan huolellisuus ja säännöllisyys laitteen kalibroinnissa. Laitteesta aiheutuva mittavirhe on yleensä 2 %. Maksimaalinen hapenotto on testin aikana mitattu korkein hapenkulutus minuutin aikana. Joillakin testattavilla se saattaa olla viimeinen minuutti ja joillakin vähän aikaisemmin. Fysiologisia mittauksia tehtäessä kaasujen tilavuudet ilmoitetaan tavallisimmin kolmella eri tavalla: ATPS, BTPS ja STPD-olosuhteissa. ATPS (Ambient Temperature Pressure Saturated) ilmaisee kaasun tilavuuden mittaustilan lämpötilassa ja ilmanpaineessa sekä vallitsevan tilanteen ilman kosteudessa. Keuhkojen tilavuudet, kuten esimerkiksi vitaalikapasiteetti, ilmaistaan yleensä BTPS olosuhteissa. BTPS (Body Temperature Pressure Saturated) ilmaisee kaasun tilavuuden ruumiin peruslämpötilassa (37 C) sekä vallitsevassa ilman paineessa ja kosteudessa. Hengityskaasuanalysaattoreilla suoritettavissa mittauksissa kaikki hapenkulutukseen ja sen laskemiseen liittyvät lukuarvot ilmaistaan kuitenkin STPD olosuhteissa. STPD (Standard Temperature Pressure Dry Gas) ilmaisee kaasun tilavuuden vakioolosuhteissa: lämpötila 0 C, ilman paine 760 mmhg ja kaasu kuivana. Hengityskaasuanalysaattorit mittaavat siis kaasun tilavuuden ATPS: ssä. Ventilaatio ilmoitetaan kuitenkin tilanteesta riippuen aina joko STPD tai BTPS olosuhteissa. Seuraavien kaavojen avulla kaasujen tilavuudet voidaan muuttaa ATPS: stä STPD: hen ja BTPS: ään. V STPD = V ATPS 273 (273 + T C) - 1 (PB PH 2 O) V BTPS = V ATPS (PB PH 2 O) (PB 47 mmhg) (273 + T C) - 1 V STPD = V BTPS (PB 47 mmhg) Hapenkulutusta laskettaessa pyritään selvittämään paljonko sisään hengitetystä hapesta jää kudosten käyttöön. Koska sisään hengitetyn ilman koostumus on käytännössä vakio (O 2 20,93 %, CO 2 0,03 % ja N 2 79,04 %), mittaamalla uloshengitysilman koostumusta voidaan laskea paljonko happea on jäänyt kudosten käyttöön. Hengitysilman typpi on ns. inertti kaasu, mikä tarkoittaa, että typen tilavuus sekä sisäänettä uloshengitysilmassa on sama. Typen pitoisuus sen sijaan voi muuttua, koska sisäänhengitysilman happimolekyylejä ei korvata samassa suhteessa aineenvaihdunnan tuotteena syntyvillä hiilidioksidimolekyyleillä. Näin ollen sisään- ja uloshengitysilman tilavuus ei ole sama. Esimerkiksi, jos hengitysosamäärä on alle 1,00, on uloshengitysilman tilavuus pienempi kuin sisään hengitetyn ilman tilavuus. Uloshengitysilman tilavuus (VE) eroaa sisäänhengitysilman tilavuudesta (VI) suorassa suhteessa typpipitoisuudessa tapahtuvaan muutokseen. Sen vuoksi VI voidaan laskea VE: stä käyttämällä Haldanen muutoskaavaa: V I (STPD) = V E (STPD) %N 2 E %N 2 I - 1, missä = %N 2 I = 79,04 ja %N 2 E = 100 (%O 2 E + % CO 2 E) Sisään hengitetyn hapen tilavuus voidaan laskea kaavasta: VO 2 I = V I %O 2 I Yhdistämällä kaksi edellistä kaavaa saadaan: VO 2 I = V E (100 (%O 2 E + %CO 2 E)) (79,04 %) ,93 % Vastaavasti uloshengitysilman hapen tilavuus voidaan laskea: VO 2 E = V E %O 2 E Elimistön hapenkulutus lasketaan vähentämällä sisään hengitysilman hapen tilavuudesta ulos hengitetyn hapen tilavuus: VO 2 = [V E (100 (%O 2 E + %CO 2 E)) (79,04 %) ,93 %] [V E %O 2 E] Kaava voidaan supistaa muotoon: VO 2 = V E [((100 (%O 2 E + %CO 2 E)) 0,265) %O 2 E], missä [((100 (%O 2 E + %CO 2 E)) 0,265) %O 2 E] = TrueO 2 Elimistön hiilidioksidin tuotto voidaan vastaavasti laskea kaavasta: VCO 2 = V E (%CO 2 E %CO 2 I) Hengitysosamäärä voidaan laskea kaavoista: RER = VCO 2 VO 2-1 = (%CO 2 E %CO 2 I) TrueO 2-1 Hengitys hengitykseltä mittaus Kaikissa uusissa hengityskaasuanalysaattoreissa on mahdollisuus mitata hapenkulutusta joko perinteisellä kaasujen keräysmenetelmällä sekoituskammiossa tai jokaisesta yksittäisestä hengityssyklistä (breath-by-breath). Hengitys hengitykseltä mittausmenetelmä on kasvattanut suosiotaan hapenkulutuksen mittaamisessa jopa niin paljon, että joissakin hengityskaasuanalysaattoreissa (erityisesti uudet kannettavat analysaattorit) ei ole edes mahdollista mitata hapenkulutusta sekoituskammion kautta kaasujen keräysmenetelmällä. Hengitys hengitykseltä mittausmenetelmä tuo mo- 61

12 nipuolisuutta hapenkulutuksen mittaamiseen ja avaa testaamiseenkin uusia mahdollisuuksia. Hengitys hengitykseltä mittausmenetelmä on välttämätön silloin, kun halutaan mitata nopeita muutoksia kaasujen vaihdossa alveolien ja keuhkoverenkierron välillä kuten suorituksen alussa tai kuormituksen tehon muuttuessa. Steady state - kuormituksissa kaasujen keräysmenetelmä soveltuu hapenkulutuksen mittaamiseen yhtä hyvin tai paremmin kuin hengitys hengitykseltä menetelmäkin. Erityisesti useita minuutteja kestävissä tasatehoisissa suorituksissa kaasujen keräysmenetelmä on jopa suositeltavampi kuin jokaisesta hengityksestä tapahtuva mittaus. Hengitys hengitykseltä mittausmenetelmän etuna on, että siten voidaan mitata kaasujenvaihdon kinetiikkaa sekä saadaan hengitykseen ja hapenkulutukseen liittyvää monipuolista tietoa, jota ei ole mahdollista saada kaasujen keräysmenetelmällä. Hengitys hengitykseltä menetelmällä hapenkulutuksen mittaus perustuu samoihin periaatteisiin kuin kaasujen keräysmenetelmäkin: hapenkulutus lasketaan vähentämällä sisään hengitetyn hapen tilavuudesta ulos hengitetyn hapen tilavuus. Pitkällä aikavälillä (usean hengityksen keskiarvo) keuhkoissa tapahtuva kaasujenvaihto on sama kuin suun kautta tapahtuva kaasujen vaihto. Keuhkojen kaasujen vaihdon määrittäminen jokaisesta hengityksestä sisäänja uloshengitetyn hapen perusteella ei kuitenkaan ole aivan näin yksinkertaista, koska keuhkojen happivarastot muuttuvat hengitys hengitykseltä. Happivarastojen muutokset johtuvat pääasiassa muutoksista toiminnallisessa jäännösilmakapasiteetissa (functional residual capacity, FRC) hengityksestä toiseen, mutta myös muutoksista alveolien happiosapaineessa (PAO 2 ). FRC muutoksia voidaan arvioida mittaamalla sisään- ja uloshengitysilman typpipitoisuutta. Koska elimistö ei tuota eikä kuluta typpeä, niin N 2 nettokulutus (sisään- ja uloshengitysilman välinen ero) kuvaa muutoksia keuhkojen typpivarastoissa. PAO 2 muutokset voidaan arvioida mittaamalla uloshengityksen lopun PO 2 kahdesta peräkkäisestä hengityssyklistä. Keuhkojen VO 2 ja VCO 2 yksittäisen hengityksen aikana voidaan laskea vähentämällä uloshengityksestä mitatusta VO 2 : sta ja VCO 2 : sta alveolien O 2 ja CO 2 varastojen muutos ko. hengityksen aikana. Yhden hengityssyklin hapenkulutuksen laskemiseen käytetään useimmiten Auchincloss ym. (1966) esittämiä laskukaavoja, mutta myös Grønlundin (1984) esittämät kaavat ovat olleet käytössä. Suurin ero kaavojen välillä on tapa, jolla hengityssyk- 62 Kuva 3.7. Happi- ja typpiosapaineen muutos alveoleissa sisään- ja uloshengityksen aikana. Exp i - 1, Insp i ja Exp i kuvaavat sisään- ja uloshengitysvaiheita hengityksestä i ja (i - 1 ). Ajankohta t 1 on valittu erityisten kriteerien perusteella, ajankohdat t 2 ja t 3 ovat valittu vastaamaan ajankohdan t 1 PO 2 ja PN 2 arvoja. Hengityssykliksi on määritetty ajanjakso t 2 t 1 (Grønlund 1984).

13 li määritetään. Auchincloss määrittelee hengityssyklin hengitysvirtauksen mukaan. Grønlund määrittelee hengityssyklin ajaksi, joka kuluu kahden samansuuruisen kaasupitoisuuden saavuttamiseksi kahdessa peräkkäisessä uloshengityksessä (Kuva 3.7.). Hengitys hengitykseltä mittausmenetelmän suurimmat virheet liittyvät jokaisesta hengityksestä mitattavan kaasujen pitoisuuden ja hengitysvirtauksen viiveiden määrittämiseen. Ongelmana on, että kaasujen mittaamisessa on suuremmat viiveet kuin hengitysvirtauksen mittaamisessa ja kaasujen mittaamisessa viiveet ovat erilaiset eri kaasuille. Kukin laitevalmistaja on tehnyt omat ratkaisunsa näiden tekijöiden huomioimisessa hengityskaasuanalysaattorien laskuautomatiikassa. Yksittäisen hengityksen virhe voi olla muutamasta prosenttiyksiköstä jopa useisiin kymmeniin prosentteihin. Kalibrointi Hengityskaasuanalysaattorin tilavuuskalibrointi pitää suorittaa päivittäin. Virtausanturista pitää tarkistaa nollataso ja varsinainen kalibrointi suoritetaan 2 4 litran kalibrointipumpulla laitevalmistajan ohjeiden mukaan. Tilavuuskalibrointiin vaikuttaa olennaisesti lämpötila- ja ilmanpaine, joten niiden tarkka mittaus on luotettavan kalibroinnin edellytys. Ilman kosteus vaikuttaa myös tilavuuskalibrointiin, mutta vaikutus on pieni, sillä normaali-ilmanpaineessa ja lämpötilassa kuivan ja 100 % kostean ilman välinen tilavuusero on 2,5 %. Jos ei ole kosteusmittaria käytössä ja käyttää oletusarvona 50 % ilman kosteudelle, niin kalibroinnissa virhe on maksimissaan ± 1,25 %. Happi- ja hiilidioksidianturit on kalibroitava ennen jokaista testiä ja kalibrointi pitää tarkistaa heti testin jälkeen. Taulukko 3.6. VO 2 max korjaus kalibrointiarvojen perusteella. Tämän esimerkin mukainen korjaus sopii hengityskaasuanalysaattoreihin, joissa sisäänhengitysilman happi- ja hiilidioksidipitoisuutta ei mitata, vaan oletetaan niiden olevan % O 2 I 20,93 % ja % CO 2 I 0,03 koko testin ajan. Oletetaan, että VO 2 max-testin jälkeinen vakiokaasun tarkistus on antanut seuraavat tulokset. Ennen testiä Testin jälkeen O 2 16,00 16,10 CO 2 4,00 4,10 Oletetaan, että VO 2 max on testin aikana mitattu seuraavan taulukon mukaisesti. VE STPD VO 2 VO 2 VCO 2 TrueO 2 %O 2 E %CO 2 E RER (l min - 1 ) (l min - 1 ) (ml kg - 1 min - 1 ) (l min - 1 ) (%) (%) (%) VO 2 max 150 5,155 73,6 5,625 3,44 17,44 3,78 1,09 Koska kalibroinnissa happiprosentti on kasvanut 0,10 % ja hiilidioksidiprosentti 0,10 %, niin korjattu hapenkulutus saadaan sijoittamalla korjatut arvot hapenkulutuksen laskukaavaan: VO 2 = VE [(100 (%O 2 E + %CO 2 E)) 0,265) %O 2 E] Joten korjatut tulokset ovat: VO 2 KORJATTU = 150 [(100 ((17,44 0,10) + (3,78 0,10)) 0,265) (17,44 0,10)] % VO 2 KORJATTU = 150 [(100 21,02) 0,265) 17,34] % VO 2 KORJATTU = 150 (78,98 0,265 17,34) % VO 2 KORJATTU = 150 3,59 % = 5,385 VE STPD VO 2 VO 2 VCO 2 TrueO 2 %O 2 E %CO 2 E RER (l min - 1 ) (l min - 1 ) (ml kg - 1 min - 1 ) (l min - 1 ) (%) (%) (%) VO 2 max 150 5,385 76,9 5,475 3,59 17,34 3,68 1,02 63

14 Anturit pitäisi kalibroida sekä huoneilmalla että uloshengitysilmaa vastaavalla vakiokaasulla. Loppukalibroinnissa havaittava liukuma pitää korjata lopullisiin tuloksiin. Korjauksen oletuksena on, että liukuma on tapahtunut lineaarisesti koko testin aikana (Taulukko 3.6., ks. s. 63). Kaasu- ja tilavuuskalibroinnin lisäksi on suositeltavaa tehdä fysiologista kalibrointia säännöllisesti, mikä tarkoittaa hengitysanalysaattorin toistettavuuden testaamista ihmisillä, joiden harjoittelu ja elämä on ollut niin vakaata, että heidän VO 2 lukuarvonsa tietyillä työkuormilla ovat vakiintuneita. Laktaattianalysaattorit Laktaattipitoisuuden analyysimenetelmät voidaan jakaa kahteen kategoriaan: kemialliset (spektrofotometri ja fluorimetri) ja elektrokemialliset menetelmät. Spektrometri ja fluorimetri perustuvat laktaatin entsymaattiseen käsittelyyn, jonka lopputuote absorboi näkyvää valoa tietyllä aallonpituudella ja fluoresoituu suhteessa mitattavan näytteen laktaattipitoisuuteen. Elektrokemiallisessa menetelmässä johdetaan ionivirtaus entsymaattisesti puoliläpäisevän kalvon läpi. Mitattavan näytteen laktaattipitoisuus on suhteessa kalvon läpi virtaavan ionien määrään. Elektrokemiallinen menetelmä on huomattavasti nopeampi (alle 1 min / näyte) kuin kemiallinen menetelmä (1 h / 10 näytettä), mutta vaatii kuitenkin kalvon kunnosta huolehtimisen päivittäin. Koska elektrokemialliseen menetelmään tarvitaan vain pieniä näytemääriä (alle 250 μl), niin sormenpäästä ja korvalehdestä otettuja kapillaarinäytteitä voidaan käyttää analyysissä. Samalla kuitenkin näytteenotto on tehtävä erityisen huolellisesti, koska pieniin näytemääriin vaikuttavat pienetkin virhetekijät enemmän kuin suuriin näytemääriin. Esimerkiksi hien sekoittumista näytteeseen on vältettävä, koska se voi sisältää jopa yli 60 mmol l - 1 laktaattipitoisuuden. Laktaattianalysaattoreiden kalibroinneissa on laitekohtaisia eroja, mutta perusperiaate on kuitenkin samanlainen. Analysaattorista tarkistetaan nollataso ja kalibrointi suoritetaan vakioliuoksella, jonka laktaattipitoisuuden pitäisi olla 5 10 mmol l - 1. Lisäksi suositellaan alle 5 ja yli 10 mmol l - 1 kontrollinäytteitä tarvittavan mittausalueen lineaarisuuden tarkistamiseksi, esim. 2,5, 15 ja 30 mmol l - 1. Vaikka analysaattorit kalibroidaankin huolellisesti, on eri analysaattorien välillä eroja siitä huolimatta. Erot voivat johtuvat reagenssien säilytyksessä ja käsittelyssä tapahtuvista virheistä, mutta myös siitä, että toiset analysaattorit analysoivat laktaattipitoisuuden seerumista ja toisissa analysaattoreissa punasolut hemolysoidaan ja analyysi tehdään koko verestä. Sen vuoksi on suositeltavaa käyttää testiseurannassa aina samaa analysaattoria tai ainakin on merkittävä muistiin käytetty laite, jos analysaattori vaihtuu. Laboratorioiden suositellaan liittyvän valtakunnalliseen laaduntarkkailujärjestelmään (Kliinisten laboratoriotutkimusten laaduntarkkailu), jossa laitetta kontrolloidaan säännöllisesti Labqualityn kautta tulleiden lyhyt- ja pitkäjaksoisten laaduntarkkailunäytteiden avulla. Lyhytjaksoinen seerumi A näytteet lähetetään kuukausittain ja ne ovat humaaniseerumia, joiden pitoisuudet kattavat laajan mittausalueen. Näytteet ovat sokkonäytteitä, joiden pitoisuutta ei tiedetä etukäteen. Pitkäjaksoisen Long Trol R seeruminäyte sisältää vakiolaktaattipitoisuuden ja sen tarkoituksena on seurata analysaattorin toimintaa päivittäin. Tulokset lähetetään kerran kuukaudessa laaduntarkkailuun. Ari Nummela Aerobisen kestävyyden suorat mittausmenetelmät Maksimaalista hapenottokykyä voidaan mitata joko lyhyellä tai pitkällä testillä. Molemmissa malleissa kuormitus aloitetaan matalasta työtehosta, mutta lyhyessä testissä kuormitusportaat ovat lyhyemmät (30 s tai 60 s) kuin pitkässä testissä (2 tai 3 min) ja pitkässä testissä määritetään jokaisen kuormitustason jälkeen veren laktaattipitoisuus. Lyhyttä testiä voidaan käyttää, jos testin ainoa tarkoitus on määrittää maksimaalinen hapenottokyky. Sen sijaan pitkässä testissä voidaan VO 2 max: n lisäksi määrittää ns. kynnystehot, jotka kuvaavat submaksimaalisen kestävyyden tasoa. Juoksumatolla lyhyen testin kuormitusportaat ovat 1 km h - 1 ja polkupyöräergometrillä 25 W. Aloituskuorma pitäisi valita siten, että testin kokonaiskestoksi tulee 8 12 min. Pitkän testin kuormitusmallin valinnassa pyritään siihen, että kuormitusportaiden kokonaismäärä on 8 12, jolloin testin kokonaiskestoksi tulee min. Aerobisen kestävyyden testit, joissa mitataan tai arvioidaan testattavan maksimaalista hapenottokykyä, kestävyyssuorituskykyä ja pitkäaikaista kestävyyttä, ovat useimmin käytettyjä testejä fyysisten ominaisuuksien testauksessa ja tutkimuksessa. Urheilijoiden kestävyysominaisuuksien testauksessa pyritään mittaamaan suorituskykyä mahdollisimman lajinomaisesti ja tarkasti, sekä antamaan palaute, joka auttaa urheilijaa ja valmentajaa suunnittelemaan harjoitteluaan tasonsa ja harjoituskautensa kannalta optimaalises- 64

15 ti. Urheilijoiden testauksessa käytetään useimmiten suoria hapenoton testimenetelmiä, koska testeiltä vaaditaan suurta mittaustarkkuutta. Koska urheilijoiden kestävyysominaisuudet kehittyvät vain 1 3 % vuodessa, niin on aivan selvää, että testien tarkkuus pitää urheilijoiden testauksessa olla tätä parempi. Tavallisen terveys- ja kuntoliikkujan testauksessa ei vaadita niin suurta mittaustarkkuutta, joten epäsuorat testimenetelmät, joissa arvioidaan VO 2 max: ä, ovat käyttökelpoisia. Sen sijaan työkyvyn arvioinnissa epäsuoraan VO 2 max: n mittaamiseen liittyy niin paljon virhelähteitä, että suora hapenoton mittaaminen on suositeltavaa. Ennen testiä testattavalle pitäisi selvittää testin tarkoitus, ja että kahtena testiä edeltävänä päivänä harjoittelu pitää olla tehollisesti ja määrällisesti kevyttä. Testin luotettavuuden kannalta testattavan pitäisi ennen testiä välttää suuria muutoksia unen ja ravinnon määrässä ja laadussa. Tämä tarkoittaa myös sitä, että hän joisi normaalisti ja välttäisi runsasta rasvapitoista ateriaa neljä tuntia ennen testiä. Ennen testiä ja testin jälkeen testaajan pitäisi keskustella testattavan kanssa hänen harjoittelustaan ja muista testituloksiin mahdollisesti vaikuttavista tekijöistä, jotta testaaja voisi tuloksia tulkitessaan tehdä oikeansuuntaisia johtopäätöksiä. Ennen testiä testattavan pitäisi verrytellä vähintään 10 minuuttia. Suora aerobinen maksimitesti palvelee K I H U testattavaa parhaiten, jos se tehdään lajinomaisesti: juoksijat juosten, hiihtäjät sauvakävelynä tai hiihtäen, pyöräilijät polkupyörällä ja soutajat soutaen jne. Juoksumattotestissä testattavalle laitetaan aina turvavaljaat päälle testin ajaksi, jolloin pienennetään loukkaantumisriskiä testattavan kaatuessa. Urheilijoilla voidaan syke mitata sykemittarilla, mutta jos epäillään rasituksessa ilmeneviä sydänoireita, syke mitataan aina EKG-laitteella. Normaalisti suorassa aerobisessa juoksumattotestissä kuormien kesto on kolme minuuttia sisältäen verinäytteenottoajan. Sykettä mitataan koko testin ajan. Veren laktaattipitoisuuden määrittämiseksi otetaan sormenpäästä verinäyte levossa sekä heti jokaisen kuorman loppumisen jälkeen. Juoksumatto pysäytetään näytteen oton ajaksi. Näyte pyritään saamaan 20 s kuluessa maton pysähtymisestä. Testattavalle pitää ilmaista selvästi milloin matto lähtee liikkeelle ja milloin se pysähtyy. Testiaika pitää näkyä analysaattorin kellon lisäksi myös erillisessä kellossa, joka on testattavan näkyvissä. Testattavalle on tärkeää kuulla tietoja testin etenemisestä, joten sykkeiden ym. kertominen testin aikana on suositeltavaa. Testiä jatketaan uupumukseen asti tai siihen saakka, kun testattava haluaa lopettaa testin. Seuraavassa esitellään suosituksia eri urheilijaryhmien ja eritasoisten urheilijoiden testaamiseksi pitkässä testissä. Teoreettisen hapenkulutuksen vertailutasot perustuvat julkaistuihin tutkimustuloksiin ja niiden laskukaavat on esitetty. Sopivan menetelmän valinta teoreettisen hapenkulutuksen laskemiseksi ei ole helppoa, mutta suosituksena on, että juoksunopeuden nostoon perustuvassa testauksessa (esim. kestävyysjuoksijat) käytetään Londereen (1986) kaavaa sekä nopeuden ja kulman nostoja sisältävässä mallissa (esim. suunnistajat) käytetään American College of Sports Medicine julkaisemaa kaavaa (ACSM 1995). Koska eri hapenkulutuksen laskukaavat antavat erilaisen tuloksen, testipöytäkirjoissa ja testattaville annetuissa tuloksissa pitäisi olla näkyvissä millä kaavalla kuormitustasojen hapenkulutukset on laskettu. Liitteissä on esitetty eräiden liikuntamuotojen teoreettiset hapenkulutukset ja laskukaavat. Juoksumatto Kestävyysjuoksijan kuormitusmallissa on kaksi kuormitusmallivaihtoehtoa: nopeusmalli ja mäkimalli. Nopeusmallissa kuormitusta nostetaan lisäämällä juoksumaton nopeutta kulman pysyessä koko testin ajan 1 : ssa. Mäkimallissa juoksun kuormittavuutta lisätään anaerobiseen kynnykseen asti nopeutta lisäämällä ja siitä eteenpäin kulmaa lisäämällä. 65

16 Seuraavat eritasoisille juoksijoille esitetyt mallit perustuvat tasaisiin nopeuden nostoihin (Taulukko 3.7.). Juoksumatolla juosten tehtävissä maksimikestävyyden testeissä voidaan kestävyysjuoksijan testin ohella luoda muiden lajien urheilijoille kuten suunnistajille omat kuormitusmallit, jotka perustuvat maton nopeuden ja kulman tasaisiin nostoihin (Taulukko 3.8.). Hiihtäjät ja muut suksilla etenevät testattavat suorittavat suoran testin sauvakävelyllä (ks. liitteet 3.8. ja 3.9.). Testauksen kuormitusmallin perustana on hiihtäjän aineenvaihdunnallisten tekijöiden mittaaminen. Polkupyöräergometriä käytetään erityisesti triathlonistien, pyöräilijöiden, luistelijoiden, palloilijoiden ja ampujien maksimaalisen hapenoton testaamiseen. Kuorman kestoksi valitaan testin tavoitteen ja testattavan lajin perusteella 2 tai 3 minuuttia. Pyöräilyä jatketaan myös verinäytteen ottamisen ajan. (Taulukko 3.9.) Kynnysten määrittäminen Aerobisen (AerK) ja anaerobisen (AnK) kynnyksen määrittäminen perustuu Suomessa seuraaviin kriteereihin: AerK 1. Laktaattipitoisuuden ensimmäinen nousukohta perustasosta (ei alin kohta) 2. Ventilaation ensimmäinen lineaarisuudesta poikkeava muutoskohta suhteessa hapenkulutukseen 3. Ventilaatioekvivalentin (V E / VO 2 ) alin kohta Jos kohdan 1. perusteella määritetty kynnys on eri kohdassa kuin kohtien 2. ja 3. perusteella määritetty kynnys, niin AerK määritetään em. kynnysten väliin kuitenkin niin, että kohta 1. on painotetussa asemassa. Apuna epäselvissä tilanteissa voidaan käyttää vielä La / VO 2 - käyrän alinta kohtaa tai TrueO 2 korkeinta kohtaa. AnK 1. Laktaattipitoisuuden toinen jyrkempi nousukohta 2. Ventilaation lineaarisuudesta poikkeava muutoskohta suhteessa hiilidioksidin tuottoon 3. Ventilaatioekvivalenttien (V E / VO 2 ja V E / VCO 2 ) lineaarisuudesta poikkeava jyrkkä muutoskohta Aerobisen (AerK) ja anaerobisen (AnK) kynnyksen määrittäminen perustuu Suomessa seuraaviin kriteereihin: (Kuvat sivuilla 72 74). Taulukko 3.7. Odotettavissa oleva hapenkulutuksen maksimiarvo ja sen perusteella valittu kuormitusmalli. Teoreettinen hapenkulutus on laskettu Londereen kaavan (1986) mukaan huippumaratoonarin (E = 2) ja kuntoilijan tasolle (E = 6). Katso muut juoksijan tason mukaiset teoreettisen hapenkulutuksen arvot liitteestä 3.6. (Londeree 1986). 66 VO 2 max Teor. VO 2 Teor. VO 2 60 ml kg - 1 min ml kg - 1 min ml kg - 1 min - 1 E = 2 E = 6 (km h - 1 ) (km h - 1 ) (km h - 1 ) (ml kg - 1 min - 1 ) (ml kg - 1 min - 1 ) 8,0 8, , ,0 10,0 10, , ,0 12,0 12, ,0 13, ,0 14,0 14, ,0 15,0 15, ,0 16,0 16, ,0 17,0 17, ,0 18,0 18, ,0 19, ,0 20, ,0 21, , , , ,

17 Taulukko 3.8. Odotettavissa oleva hapenkulutuksen maksimiarvo ja sen perusteella valittu kuormitusmalli. Nopeus on ilmoitettu km h - 1, kulma asteissa ja teoreettinen hapenkulutus ml k g - 1 min - 1 (ACSM 2000). VO 2 max VO 2 max VO 2 max VO 2 max 50 ml kg - 1 min ml kg - 1 min ml kg - 1 min ml kg - 1 min - 1 v / kulma VO 2 v / kulma VO 2 v / kulma VO 2 v / kulma VO 2 8 / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 1, / 2, / 1, / 1, / 1, / 3, / 1, / 1, / 1, / 4, / 2, / 2, / 2, / 3, / 3, / 3, / 4, / 4, / 5,0 92 (Teoreeettiset hapenkulutukset sauvakävelyn eri nopeuksilla ja maton eri kulmilla on esitetty liitteessä 3.8. s. 271) Jos kohdan 1. perusteella määritetty kynnys on eri kohdassa kuin kohtien 2. ja 3. perusteella määritetty kynnys, niin AnK määritetään em. kynnysten väliin kuitenkin niin, että kohta 1. on painotetussa asemassa. Apuna epäselvissä tilanteissa voidaan käyttää vielä TrueO 2 jyrkkää laskukohtaa. Syke on aerobisella kynnyksellä yleensä n. 40 lyöntiä (30 60) ja anaerobisella kynnyksellä n. 20 lyöntiä (10 30) alle maksimisykkeen. Kynnyssykkeet vaihtelevat urheilijoilla harjoituskaudesta ja - tilasta riippuen korkeintaan ±10 lyöntiä. Veren laktaattipitoisuus on aerobisella kynnyksellä yleensä n. 1,5 mmol l - 1 (1,0 2,5 mmol l - 1 ) ja anaerobisella kynnyksellä n. 3 mmol l - 1 (2,5 4,0 mmol l - 1 ), jos laktaatti mitataan koko verestä. Kynnyksistä määritetään hapenkulutus (l min - 1 ja ml kg - 1 min - 1 ), teoreettinen hapenkulutus (ml kg - 1 min - 1 ), teoreettinen hapenkulutus suhteessa maksimiin (%), sydämen syke, laktaattipitoisuus (mmol l - 1 ), juoksutestistä nopeus (km h - 1 ja min: s km - 1 ) ja polkupyörätestistä teho (W). Jos kynnykset osuvat täsmälleen jollekin kuormalle, niin kaikki em. arvot voidaan suoraan kirjata ko. kuorman lopusta. Tämä tarkoittaa hapenkulutuksen ja sykkeen osalta sitä, että arvot ovat jokaisen kuorman viimeisen minuutin keskiarvoja. Laktaatin ja nopeuden / tehon / työmäärän osalta valitaan ko. kuormaa vastaava lukema. Jos kynnykset osuvat kahden kuorman väliin, niin kynnysarvot ovat tuolloin ao. kuormien lopun arvojen ajan funktiona painotettu keskiarvo. Taulukko 3.9. Polkupyöräergometritestin kuormitusperiaatteet urheilijoilla (vrt. liite 3.10). Pyöräily & triathlon Muut lajit Aloituskuorma 2,0 kehon paino (W) Hyväkuntoinen: 2,0 kehon paino (W) Huonokuntoinen: 1,5 kehon paino (W) Kuorman lisäys 25 W 25 W Kuorman kesto 3 min 2 min Lopetus Maksimi Maksimi 67

18 Maksimaalinen hapenottokyky Maksimaalinen hapenotto voidaan katsoa saavutetuksi ja kuormittaminen lopettaa, kun seuraavat tekijät toteutuvat: Mitattu VO 2 saavuttaa tasannevaiheen tai alkaa laskea Syke on maksimaalinen (huomioitava yksilöllinen ja iän mukainen vaihtelu) RER saavuttaa arvon 1,0 1,1 Laktaattipitoisuus on riittävän korkea (8 15 mmol l - 1 testattavasta riippuen) Testattava tuntee itse saavuttaneensa maksimin ja haluaa lopettaa testin Tässä yhteydessä on kuitenkin huomioitava, että vain osa testattavista saavuttaa tasannevaiheen hapenkulutuksessa tehon noususta huolimatta. Suoritus on kuitenkin myös heille maksimaalinen. Erot hapenkulutuksen käyttäytymisessä maksimikuormituksessa antavat aihetta pohtia erilaisia vaihtoehtoja suoritusta rajoittaviksi tekijöiksi. Maksimaaliseksi hapenottokyvyksi ilmoitetaan testin aikana mitattu suurin hapenkulutuksen arvo minuuttia kohti (l min - 1 ja ml kg - 1 min - 1 ). Maksimaalinen hapenkulutus on hyvä ilmoittaa vielä ml kg -2/3 min - 1, koska painokiloon suhteutettu hapenotto vääristää maksimaalista aerobista kapasiteettia iso- ja pienikokoisten testattavien osalta. Minuutin keskiarvoa käytetään maksimaalisen hapenkulutuksen arvona, koska se on kansainvälisesti käytetyin menettelytapa. Toisaalta se tasoittaa hengityskaasuanalysaattoreissa olevia satunnaisia virheitä. Maksimaalinen nopeus / teho (vvo 2 max) Kestävyyssuorituskykyisyyteen vaikuttaa maksimaalisen (VO 2 max) ja pitkäaikaisen (AnK ja AerK) kestävyyden sekä suorituksen taloudellisuuden lisäksi lajinomaiset hermolihasjärjestelmän voimantuotto-ominaisuudet. Hermo-lihasjärjestelmän voimantuotto-ominaisuuksien merkityksestä kestävyysurheilussa saa hyvän kuvan esimerkiksi vertaamalla kahta kestävyysjuoksijaa, joilla on sama VO 2 max, samat kynnysominaisuudet ja sama juoksun taloudellisuus. Huolimatta näiden kahden juoksijan samanlaisista fysiologisista edellytyksistä, heidän eronsa m: n kilpailusuorituksessa voi olla jopa yli 30 s (Paavolainen ym. 1999). Kestävyysurheilijan hermo-lihasjärjestelmän suorituskykyisyyttä voidaan testata erillisellä maksimaalisella anaerobisella suorituskykytestillä (MART), joka on esitelty jäljempänä. Kestävyysurheilijan kokonaissuorituskykyä voidaan kuvata hyvin suoran VO 2 max - testin maksiminopeudella (vvo 2 max) tai teholla. Useissa tutkimuksissa on havaittu, että esimerkiksi juoksijoilla suoran VO 2 max - testin viimeinen loppuun asti juostu nopeus kuvaa hyvin juoksijan suorituskykyisyyttä kilpailuissa radalla (Billat ja Koralsztein 1996; Noakes 1988; Noakes ym. 1990). Vastaavasti muissa lajeissa, joissa suora VO 2 max - testi voidaan tehdä lajinomaisesti, testin suurin nopeus, teho tai maksimisuoritusta vastaava teoreettinen hapenkulutus kuvaavat urheilijan kestävyyssuorituskykyisyyttä. Suoran VO 2 max - testin vvo 2 max kertoo kestävyysurheilijan suorituskyvystä enemmän kuin pelkkä VO 2 max, sillä vvo 2 max: een vaikuttavat VO 2 max: n lisäksi, suorituksen taloudellisuus ja hermo-lihasjärjestelmän suorituskykyisyys. Juoksijoiden suorassa VO 2 max - testissä vvo 2 max on testin viimeisen kuorman nopeus, jonka testattava on kyennyt juoksemaan loppuun asti. Vastaavasti hiihtäjillä ja suunnistajilla maksimisuoritus ilmoitetaan viimeisen loppuun asti suoritetun kuorman teoreettisena hapenkulutuksena (ml kg - 1 min - 1 ) ja pyöräilijöillä ja soutajilla tehoina (W kg - 1 ). Jos testattava keskeyttää testin ennen viimeisen kuorman loppua, niin maksimisuoritus lasketaan seuraavien periaatteiden mukaisesti. Jos testi keskeytetään näytteenoton ajaksi, niin tehon / työmäärän / nopeuden lisäys lasketaan 30 s: n työn jälkeen tasaisesti koko 3 min ajalle. Esim. 1. Viimeinen loppuun asti suoritettu kuorma on 62 ml kg - 1 min - 1, kuorman nosto 6 ml kg - 1 min - 1 ja viimeisen kuorman työaika 2 min. Teoreettinen VO 2 max = 62 + (2,0 0,5) (3,0 0,5) = ,5 2,5-1 6 = 65,6 ml kg - 1 min - 1 Vain täydet millilitrat huomioidaan tuloksessa, joten urheilijalle ilmoitettava tulos on 65 ml kg - 1 min - 1. Jos testiä ei keskeytetä näytteenoton ajaksi (polkupyöräergometritesti), niin maksimiteho lasketaan viimeisen kolmen minuutin ajalle painotetulla keskiarvolla. Esim. 2. Viimeinen loppuun asti suoritettu kuorma 375 W, seuraava kuorma 400 W, jota urheilija kykenee polkemaan 1 min 15 s. Maksimiteho = (1, ,25 400) 3-1 = (656, ) 3-1 = 1156, = 385,4 W 68

19 Vain täydet watit huomioidaan tuloksissa, joten urheilijalle ilmoitettava tulos on 385 W. Laktaatin poistokyvyn arviointi Hyvä laktaatin poistokyky on keskeinen kestävyyssuoritukseen vaikuttava tekijä. Sen merkitys korostuu edelleen intervallityyppisissä suorituksissa ja kilpailuissa, joissa lähdöt seuraavat toisiaan lyhyellä palautuksella. Elimistön kyky poistaa laktaattia verestä mitataan maksimaalisen suorituksen jälkeisen aktiivisen palautuksen aikana. Palautuksessa käytetään työtehoa, jolla laktaatin eliminaatio ylittää sen tuoton. Tällaisena on suositeltu juoksumattotesteissä noin 65 % tasoa ja polkupyöräergometritestin jälkeen alle 50 % tasoa maksimaalisesta hapenkulutuksesta. Valittavaan työtehoon vaikuttaa luonnollisesti se, millä tasolla testattava kykenee työskentelemään. Laktaattinäytteet otetaan suorassa VO 2 max -testissä heti testin lopussa sekä 1, 4, 7 ja 10 minuuttia suorituksen päättymisen jälkeen. Laktaatin poistonopeuden vakioimiseksi 10 minuutin palautus suorassa VO 2 max -testin jälkeen täytyy olla aktiivinen. Palautuskuormana käytetään yleisesti testin toiseksi kevyintä kuormaa edellyttäen, että se on ollut alle aerobisen kynnystason. Laktaatin poistumisnopeus verestä voidaan laskea eri tavoin, mutta Suomessa pyritään yhtenäiseen käytäntöön, jolloin laktaatin poistonopeus lasketaan vähentämällä suurimmasta arvosta 10 minuutin palautuksen jälkeen mitattu arvo ja jakamalla saatu arvo ko. näytteiden välissä kuluneella ajalla. Laktaatin poistokyvyn arviointiin vaikuttaa maksimilaktaattipitoisuus. Mitä suuremmaksi veren laktaattipitoisuus nousee testin aikana, sitä nopeampi on laktaatin poistonopeus. Koska laktaatin poistokyvyn arviointimenetelmästä ei ole tutkittua tietoa, yleisiä viitearvoja ei voida antaa vaan poistonopeuden arviointia pitäisi ensisijaisesti tehdä vertaamalla testattavan aikaisemmin mitattuja tuloksia. Yleensä laktaatin poistonopeus on kestävyysurheilijoilla 0,4 0,8 mmol l - 1 min - 1 VO 2 max testin jälkeen. Em. arvoja suuremmat arvot ovat osoitus hyvästä laktaatin poistokyvystä ja alemmat arvot huonosta poistokyvystä. Testeissä, joissa palautuksessa käytettävän tehotason vakiointi on hankalaa (esim. kenttätestit, uintitestit) tai jos aktiivinen palautus ei ole mahdollista, voidaan käyttää myös passiivista palautusta. Tällöin yllä mainittuja poistokykyarvoja voidaan pudottaa noin yhteen kolmasosaan. Virhemahdollisuus kuitenkin kasvaa huomattavasti passiivista palautusta käytettäessä. Suorituksen taloudellisuus Teoreettisen hapenkulutuksen laskemiseksi eri lajeissa on käytettävissä useita menetelmiä. Sopivan menetelmän valinta ei aina ole helppoa, mutta käytön standardoinnissa on Suomessa kuitenkin onnistuttu varsin hyvin. Liitteessä 3.9. (ks. s. 272) esitetään muutamien yleisimpien kuormitusmuotojen teoreettisen hapenkulutuksen laskukaavat. Vertaamalla mitatun ja teoreettisen hapenkulutuksen erotusta voidaan suorituksen taloudellisuutta arvioida. Vertailu on varminta suorittaa ainoastaan submaksimaalisilla kuormitustasoilla, jotka ovat alle anaerobisen kynnystehon, sillä anaerobisen aineenvaihdunnan osuuden kasvu maksimitasoa lähestyttäessä vääristää hapenkulutukseen perustuvaa taloudellisuuden tarkastelua. Maksimaalisessa kuormituksessa teoreettisen ja mitatun hapenkulutuksen vertailu ei anna oikeaa kuvaa suorituksen taloudellisuudesta. Juoksumattotesteissä suoritus on taloudellinen, jos liitteen 3.9. kaavoilla lasketun hapenkulutuksen ja mitatun hapenkulutuksen ero on alle 2 ml kg - 1 min - 1. Suoritus on epätaloudellista, jos erotus ylittää 5 ml kg - 1 min - 1. Hyötysuhteen mittaaminen edellyttää usean muuttujan huomioimista. Testaustilanteessa onkin useimmiten tyydytty tarkastelemaan taloudellisuutta hapenkulutuksen (VO 2 ) avulla submaksimaalisilla kuormilla. Maksimaalisilla kuormilla energiankulutuksen arviointi vaikeutuu anaerobisen aineenvaihdunnan kiihtyessä. Anaerobista energiankulutusta on arvioitu veren laktaattikonsentraation ja työtä seuraavan lepotason ylittävän hapenkulutuksen avulla (excess of O 2 consumption ~ happivelka). Molempiin määritystapoihin liittyy runsaasti virhelähteitä, joten hyötysuhteen arviointi on varminta tehdä sellaisilla työtasoilla, joilla anaerobisen aineenvaihdunnan osuus on vähäinen. Mekaanista hyötysuhdetta voidaan laskea monin eri tavoin. Periaatteessa hyötysuhde lasketaan jakamalla tehtyä mekaanista työtä työn kuluttamalla energialla tai jakamalla työn mekaanista tehoa energiankulutuksen teholla. Esimerkkeinä erilaisista hyötysuhteen määritystavoista ovat seuraavat kaavat (Åstrand ja Rodahl 1986, Luhtanen ym. 1987): (1) Kokonaishyötysuhde = η gross = W e E t (2) Nettohyötysuhde = η net = W e (E t E r ) (3) Todellinen hyötysuhde = η true = (W e W i ) (E t E r )

20 missä η = mekaaninen hyötysuhde W e = tehty ulkoinen mekaaninen työ W i = sisäinen mekaaninen työ E t = kokonaisenergiankulutus E r = lepoenergiankulutus Hyötysuhteen määrittäminen normaalissa testaustilanteessa ei ole aivan ongelmaton asia. Se onnistuu parhaiten käytettäessä ergometrejä, joissa tehty ulkoinen työ voidaan mitata. Sisäisen mekaanisen työn mittaamiseksi tarvitaan erityisjärjestelyjä, muun muassa filmianalyysin käyttöä. Tässä yhteydessä sisäisellä mekaanisella työllä tarkoitetaan sellaista kehon segmenttien liikuttamiseksi tehtyä työtä, jota ei voida saatavissa olevilla mittareilla mitata. Juoksumattokuormituksessa tehdyn ulkoisen ja sisäisen työn määrittäminen on vielä vaikeampaa. Ergometritesteissä normaalisti käytettävissä olevilla menetelmillä voidaan ongelmaa kuitenkin lähestyä määrittämällä nettohyötysuhde, missä sisäistä työtä ei huomioida (ks. kaava 2 edellä). Hyötysuhteen arviointi polkupyöräergometrityössä RER huomioiden Teoreettisen hapenkulutuksen ja mitatun hapenkulutuksen eroon perustuvan taloudellisuuden tarkastelun lisäksi tai sen sijasta voidaan käyttää hapenkulutuksen energiaekvivalentin huomioivaa tapaa nettohyötysuhteen määrittämiseksi. Laskutoimitusta varten tarvitsee tietää kolme tekijää: kokonaisenergiankulutus, lepoenergiankulutus ja tehty ulkoinen mekaaninen työ. Kokonaisenergiankulutus (E t ) saadaan kaavasta: E t = VO 2 (l min - 1 ) RER: ä vastaava energiaekvivalentti Liitteessä taulukoidut energiaekvivalentit on laskettu käyttämällä kirjallisuudesta saatuja lähtöarvoja (RER 0,70 = 100 % rasvojen käyttö, RER 1,00 = 100 % hiilihydraattien käyttö, RER 0,85 = 50 % rasvoja + 50 % hiilihydraatteja). Lähtöarvojen perusteella saadaan regressiosuorat ja - yhtälöt rasvojen ja hiilihydraattien käytölle sekä RER: n mukaiselle hapen energiaekvivalentille (Kuva 3.8.). SI-järjestelmän mukainen energian yksikkö on joule (J). Kilokalorin (kcal) ja joulen yhteys on: 1 kcal = 4186 J = 4,186 kj. 70 Kuva 3.8. Hengitysosamäärää (RER) vastaavat energiaekvivalentit. Hiilihydraatit (%) = 333,33 RER 233,33, Rasvat (%) = 333,33 RER + 333,33, kcal / l O 2 = 1,2064 RER + 3,8455.