Kehon rakenne ja koostumus

Transkriptio

1 12 Kehon rakenne ja koostumus Harri Suominen Antropometria ja kehon koostumus 129 Ikään liittyvät muutokset 129 Antropometria ja kehon koostumus Antropometristen perusominaisuuksien mittaukset tarjoavat periaatteessa yksinkertaisen tavan arvioida ikääntyvien ihmisten terveydentilaa ja toimintakykyä sekä elintapojen (erityisesti ravinnon ja liikunnan) ja niiden muutosten vaikutuksia. Pituuden ja painon mittaukset tehdään yleensä kaikissa terveys- ja toimintakykytutkimuksissa ja niihin suhteutetaan myös monien muiden mittausten tulokset. Painoindeksi [BMI, paino (kg)/pituus (m) 2 ] on perinteinen työkalu lihavuuden arviointiin ravitsemustutkimuksissa, mutta sitä on käytetty myös ikääntyvän väestön kuolleisuutta ja sairastavuutta selvittävissä epidemiologisissa tutkimuksissa. Kehon painon vaihtelu liittyy väestötasolla ensisijaisesti kehon rasvamäärän vaihteluun. Pituus-, paino- ja BMI-tulosten perusteella ei voida kuitenkaan tehdä tarkkoja päätelmiä kehon eri kudoskomponenttien keskinäisistä suhteista ja niiden muutoksista. Paino ja BMI voivat säilyä entisellään vanhenemisen myötä, vaikka kehon koostumus muuttuu lihasmassan vähentyessä ja rasvan määrän lisääntyessä. Yksittäisissä tapauk sissa, esimerkiksi voimalajeja harrastavilla urheilijoilla, BMI:n yhteys lihavuuteen ja kehon koostumukseen voi olla hyvin erilainen kuin väestössä keskimäärin. Kehon koostumusta on tutkittu kahden tai useamman komponentin malleina, joissa rasvan osuus on määritelty vähän eri tavalla (kuva 12.1). Usean kemiallisen tai anatomisen komponentin malli on mittaamisen kannalta kuitenkin hankala, eikä esimerkiksi elimistölle välttämättömän (essentiaalisen) rasvan erotteleminen kokonaisrasvasta ole käytännössä mahdollista. Kliinisessä ja gerontologisessa tutkimuksessa on tästä syystä yleensä käytetty kahden komponentin, rasvan ja rasvattoman massan mallia, jossa rasvaton massa sisältää kaikki kehon rasvattomat kudokset lihas, luu, sidekudos ja elimet mukaan lukien. Ikään liittyvät muutokset Pituus Kehon pituus pysyy kasvuiän jälkeen jokseenkin muuttumattomana noin 40 vuoden ikään asti. Pituus vähenee tämän jälkeen progressiivisesti, aluksi hitaasti, mutta yli 60-vuotiailla keskimäärin jo noin 2 cm kymmenessä vuodessa. Pituuden menetys johtuu asennon ja ryhdin muutoksista, erityisesti kyfoosin lisääntymisestä, nikamavälilevyjen kokoonpuristumisesta, nikamien luukadosta sekä nikamia tukevien nivelsiteiden höllen- 129

2 III Yksilön vanheneminen Kuva Kaavamainen esitys kehon koostumuksesta neljän eri mallin mukaan (Willmore ja Costill 1999). tymisestä. Naisten pituus vähenee nopeammin kuin miesten. Pääasiallisena syynä tähän on luun menetyksen ja osteoporoottisten muutosten kiihtyminen vaihdevuosi-iässä. Pituusmuutokset ja niiden tulkinta eivät kuitenkaan ole niin yksiselitteisiä kuin voisi ajatella. Eri aikoina tehtyjen mittausten vertailu voi olla ongelmallista epätyydyttävien ja puutteellisesti raportoitujen mittaustekniikoiden vuoksi. Pituuden mittaaminen on hankalaa erityisesti iäkkäiltä vuodepotilailta ja henkilöiltä, joilla on huomattavia asento- ja ryhtivirheitä. Pituuden arvioinnissa sekä kehon koostumuksen ja muiden mittausten standardoinnissa ja normalisoinnissa on tästä syystä käytetty myös muita mittoja, esimerkiksi käsivarren pituutta ja polven korkeutta. Kehon pituuden muutoksiin vaikuttavat todennäköisesti myös geneettiset tekijät sekä erilaiset ravinto- ja elintapatekijät. Elinolojen, ravitsemuksen ja terveydentilan yleinen paraneminen on tutkimusten mukaan yhtenä syynä siihen, että väestön keskipituus on Suomessa ja muissa kehittyneissä maissa viime vuosiin asti kasvanut. Ravinto- ja elintapatekijät vaikuttavat pituuteen erityisesti kasvuiässä, ja on mahdollista, että niillä on oma merkityksensä myös myöhemmin vanhuudessa. Säännöllisen harjoittelun avulla voidaan periaatteessa ylläpitää ryhtiä ja vaikuttaa myös luuston kuntoon, mutta toistaiseksi ei ole varmuutta siitä, että liikunta samalla estäisi vanhenevan pituuden menetystä. Paino Kehon paino lisääntyy aikuisiässä keskimäärin vuoden ikään asti, naisilla vähän myöhempään kuin miehillä. Painon kertyminen johtuu tavallisimmin rasvan määrän lisääntymisestä. Rasvan lisääntyminen voi jatkua vielä tämänkin ikävaiheen jälkeen, erityisesti naisilla, mutta kehon paino ei välttämättä muutu, koska lihaskudoksen ja muiden rasvattomien komponenttien määrä vähenee. 70. ikävuoden jälkeen kehon paino kääntyy yleensä laskuun muutoksen ollessa keskimäärin 2 3 kg kymmenessä vuodessa. Painomuutosten tarkastelua haittaa vanhenemisen tutkimuksen yleinen ongelma: tiedot perustuvat enemmän eri-ikäisten vertailuun kuin samojen 130

3 12 Kehon rakenne ja koostumus Suominen ihmisten pitkäaikaiseen seurantaan. Tulosten tulkintaa vaikeuttaa edelleen lihavien suurempi kuolleisuus keski-iässä ja toisaalta laihojen huonompi ennuste myöhemmin vanhuudessa. Vanhuuden laihuus ja nopea painonlasku ovat usein yhteydessä kroonisiin sairauksiin ja huonoon ravitsemustilaan. Viimeaikaisten kohortti- ja pitkittäistutkimusten mukaan kehon paino on keskimääräistä jonkin verran suurempi ja ikään liittyvät muutokset vähäisempiä niillä henkilöillä, jotka ovat elossa vielä yli 85-vuotiaina. Kuten pituuden, myös painon ja painomuutosten taustalla on sekä geneettisiä että ympäristötekijöitä. Geneettisen komponentin vaikutus painoon on pituuteen nähden vähäisempi ja ravintotottumuksilla ja muilla elintavoilla on vastaavasti suurempi merkitys. Runsas energiansaanti ja vähäinen fyysinen aktiivisuus ovat yhteydessä painon kohoamiseen keski-iässä. Niukkaenergiaisella ravinnolla, liikunnalla ja tupakoinnilla on päinvastainen vaikutus, mutta säännöllinen liikunta voi toisaalta vastustaa vanhenemiseen liittyvää painonlaskua ylläpitämällä rasvatonta massaa. Painoindeksi Kehon painon suhteuttaminen pituuteen korostaa edellä esitettyjä ikään liittyviä muutoksia ja niiden taustalla olevia tekijöitä, erityisesti lihavuuden lisääntymistä naisilla. Terveys tutkimuksen mukaan lihaviksi katsottuja (BMI 30) on vuotiaista naisista noin 15 %, mutta vuotiaista jo noin kolmasosa (kuva 12.2). Vastaavanikäisistä miehistä lihavuusrajan ylittää noin viidesosa. Lihavuus on tutkimuksen mukaan lisääntynyt sekä keski-ikäisillä että yli 65-vuotialla miehillä ja naisilla viimeksi kuluneen 20 vuoden aikana. Lihavuuden yleistymistä voidaan pitää yleisenä terveysriskinä. BMI:n yhteys kuolleisuuteen ja sairastavuuteen on kuitenkin monitahoinen. Lisääntynyt kuolemanvaara on vanhemmissa ikäryhmissä korkeiden BMI-arvojen lisäksi erityisesti yhteydessä mataliin BMI-arvoihin. Optimaaliset BMI-tasot ovat iäkkäillä todennäköisesti korkeampia ja lähempänä lihavuusrajaa kuin keski-ikäisillä ja nuorilla aikuisilla. BMI-tasot vaihtelevat myös kuolinsyiden mukaan siten, että alhainen diabetes- ja sydän- ja verisuonitautikuolleisuus liittyy pienempiin BMI-arvoihin kuin alhainen keuhkokuume- ja influenssakuolleisuus. Sairauksien ohella kriittinen riskitekijä matalien BMI-tasojen yhteydessä on vähäinen lihasmassa. Vaikka ylenmääräinen rasva on riskitekijä myös vanhuudessa, lievä ylipaino ei näytä lisäävän riskiä, mikäli lihaskunto on hyvä. Kuva Lihavuuden esiintyvyys suomalaisilla miehillä ja naisilla eri ikäryhmissä Terveys tutkimuksen mukaan (Aromaa ja Koskinen 2002). 131

4 III Yksilön vanheneminen Suhteellisen painon tulosten vertailussa ja tulkinnassa on kuitenkin käytettävä huolellista harkintaa, koska pituuden muutokset ja mahdolliset mittavirheet voivat vanhemmissa ikäryhmissä, erityisesti iäkkäillä naisilla, yliarvioida BMI-arvoja. Kehon koostumus Edellä on jo viitattu siihen, että rasvan määrä lisääntyy ja rasvaton massa vähenee iän mukana. Muutosten seurauksena rasvan suhteellinen osuus kehon painosta saattaa lisääntyä pitkälle vanhuuteen asti. Viitearvojen perusteella kehitys tasaantuu kuitenkin ikävuoden tienoilla, erityisesti naisilla (kuva 12.3). Jyväskylässä tutkittujen 75- ja 80-vuotiaiden miesten ja naisten kehon rasvapitoisuus ei muuttunut merkitsevästi kymmenen vuoden seurannan aikana. Rasvan jakautuminen kehon eri osiin muuttuu vanhetessa yleensä siten, että ihonalaista rasvaa kertyy enemmän keskivartaloon kuin raajoihin ja että kehon sisäinen, sisäelinten ympärille ja lihaksiin kertyvä rasva lisääntyy suhteessa ihonalaiseen rasvaan. Rasvaton massa vähenee progressiivisesti aikuis iästä lähtien. Muutokset johtuvat pääasiassa lihaskudoksen, muiden proteiinien ja luiden mineraalien määrän vähenemisestä. Muutosten alkamisajankohdasta, etenemisnopeudesta sekä miesten ja naisten välisistä eroista on kuitenkin saatu ristiriitaisia tuloksia. Arviot rasvattoman massan menetyksestä 40. ja 80. ikävuoden välillä ovat vaihdelleet kahdesta kuuteen prosenttiin vuosikymmentä kohti. Muutokset ovat monissa tutkimuksissa olleet jonkin verran suurempia miehillä kuin naisilla, joilla on alun perinkin pienempi rasvaton massa. Jyväskylän pitkittäistutkimuksessa 80-vuotiaiden miesten rasvaton kehon paino aleni viiden vuoden aikana kuitenkin selvästi vähemmän kuin vastaavanikäisten naisten. Tutkimustulosten vaihtelu johtuu ainakin osittain tutkimuksen kohderyhmistä, tutkimusasetelmista ja käytetyistä kehon koostumuksen mittausmenetelmistä. Mittausten ongelmia ovat perinteisesti olleet väestötutkimukseen soveltuvien yksinkertaisten ja halpojen menetelmien epätarkkuus ja/tai huono toistettavuus ja toisaalta luotettavien menetelmien Kuva Kehon rasvapitoisuuden persentiilit iän funktiona (Kyle ym. 2001). 132

5 12 Kehon rakenne ja koostumus Suominen monimutkaisuus, kalleus ja käytön epämukavuus. Rasvattoman massan ja sen eri komponenttien muutosten heterogeenisuus on osasyynä siihen, että esimerkiksi solumassan ja solunsisäisen veden määritykset ovat osoittaneet suurempia muutoksia kuin ihopoimumittauksiin ja bioimpedanssiin perustuvat menetelmät. Viimeaikaisissa kliinisissä ja epidemiologisissa tutkimuksissa on yhä useammin käytetty alun perin luustotutkimuksia varten kehitettyä, kaksienergiaisen röntgensäteilyn vaimenemista (DXA) soveltavaa tekniikkaa. Myös kvantitatiivinen tietokonetomografia (QCT) ja magneettikuvaus (MRI, ks. kuva 12.4) tarjoavat nykyään entistä paremmat mahdollisuudet kehon koostumuksen tutkimiseen. Vanhenevan ihmisen kehon koostumuksen muutokset ovat ainakin osittain yhteydessä fyysisen aktiivisuuden vähenemiseen. Iäkkäitä urheilijoita tutkittaessa on havaittu, että kehon rasvamäärä on intensiivisesti harjoittelevilla miehillä ja naisilla suurempi kuin nuorilla urheilijoilla, mutta se on huomattavasti pienempi kuin samanikäisillä liikuntaa harrastamattomilla. Vastaavanlaisia tuloksia on saatu myös geneettisesti kontrolloiduissa aineistoissa. Fyysisen aktiivisuuden suhteen diskordantteja kaksospareja tutkittaessa on havaittu, että pitkäaikainen vapaa-ajan liikunnanharrastus voi ehkäistä terveyden kannalta haitallisen viskeraalisen ja lihaksensisäisen rasvan kertymistä iän myötä (kuva 12.4). Rasvan massa voi vähentyä myös lyhyempikestoisen kestävyysja voimaharjoittelun jälkeen. Lihasvoima- ja vastusharjoittelu ylläpitää toisaalta rasvatonta massaa ja vaikuttaa lihasmassaan ja luun mineraalipitoisuuteen vielä vanhallakin iällä. Ikään ja fyysiseen aktiivisuuteen liittyvät muutokset ovat todennäköisesti yhteydessä hormonaalisiin tekijöihin. Naisia tutkittaessa on saatu viitteitä siitä, että rasvattoman massan menetys, erityisesti keskivartalossa, liittyy vaihdevuosiin pikemminkin kuin vanhenemiseen sinänsä. Vaikka rasvan lisääntyminen ja uudelleenjakautuminen näyttäisivät olevan selvemmin yhteydessä ikään kuin menopaussiin, niin estrogeeni ja muut hormonit, erityisesti kasvuhormoni, insuliini ja androgeenit voivat merkittävästi vaikuttaa kehon koostumuksen muutoksiin. Hormonikorvaushoito (estrogeeni-progestiini ja testosteroni) voi Kuva Esimerkki rasvan kertymisestä fyysisen aktiivisuuden suhteen diskordantilla monotsygoottisella kaksosparilla. Aktiivinen veli oli harrastanut säännöllisesti juoksua, mutta hänen kaksosveljensä oli fyysisesti inaktiivinen yli 30 vuotta kestäneen seurannan aikana. Inaktiivisella miehellä oli 63 % suurempi rasvamassa sekä 74 % suurempi viskeraalisen rasvan ja 150 % suurempi lihaksensisäisen rasvan pinta-ala MRI-kuvassa (Leskinen ym. 2009). tutkimusten mukaan lisätä lihasmassaa myös ilman voimaharjoittelua. Niukkaenergiainen ravinto voi jarruttaa rasvan kertymistä vanhenevalla. Tiukka ruokavalio saattaa kuitenkin vähentää myös rasvatonta massaa. Vanhuuden aliravitsemus on erityisen haitallista, koska se edistää rasvattoman massan menetystä ja sarkopenian kehittymistä ja johtaa samalla myös rasvavarastojen hupenemiseen ja immunologisten funktioiden heikkenemiseen. Yhdessä vähentyneen fyysisen aktiivisuuden kanssa ravitsemushäiriöt hidastavat aineenvaihduntaa, rajoittavat toimintakykyä ja lisäävät avun tarvetta. Kirjallisuutta Aromaa A, Koskinen S, toim. Terveys ja toimintakyky Suomessa. Terveys tutkimuksen perustulokset. Kansanterveyslaitoksen julkaisuja B3/2002. Helsinki: Kansanterveyslaitos, Going S, Williams D P, Lohman T G. Aging and body composition: Biological changes and methodological issues. Kirjassa: Holloszy J O, toim. Exercise and Sport Sciences Reviews, Vol. 23. Baltimore: Williams & Wilkins, 1995, s Dey D K, Rothenburg E, Sundh V, Bosaeus I, Steen B. Height and body weight in the elderly. I. A 25-year longitudinal study of a population aged 70 to 95 years. Eur J Clin Nutr 1999; 53:

6 III Yksilön vanheneminen Dey D K, Rothenburg E, Sundh V, Bosaeus I, Steen B. Body mass index, weight change and mortality in the elderly. A 15 y longitudinal population study of 70 y olds. Eur J Clin Nutr 2001; 55: Kyle U G, Genton L, Slosman D O, Pichard C. Fat-free and fat mass percentiles in 5225 healthy subjects aged 15 to 98 years. Nutrition 2001; 17: Leskinen T, Sipilä S, Alen M, ym. Leisure time physical activity and high-risk fat: A longitudinal population-based twin study. Int J Obesity 2009; 33: Sipilä S. Body composition and muscle performance during menopause and hormone replacement therapy. J Endocrinol Invest 2003; 26: Spirduso W W, Francis K L, MacRae P G. Physical dimensions of aging. Champaign: Human Kinetics; Suominen H. Kehon rakenteen ja fyysisen suorituskyvyn muutokset vanhetessa ja liikunta. Kirjassa: Era P, toim. Ikääntyminen ja liikunta. Jyväskylä: Liikunnan ja kansanterveyden julkaisuja 1997; (108), s Suominen H. Changes in physical characteristics and body composition during 5-year-follow-up in year-old men and women. Scand J Soc Med 1997; (Suppl. 53): Wilmore J H, Costill D L. Physiology of sport and exercise. Champaign: Human Kinetics;

7 13 Luuston kunto Harri Suominen Luun rakenne ja tehtävät 135 Ikään liittyvät muutokset 136 Luustomuutoksiin vaikuttavia tekijöitä 138 Luun rakenne ja tehtävät Luu on erikoistunutta sidekudosta, jossa pääasiassa kollageenisäikeistä koostuvaan orgaaniseen matriisiin on kiteytynyt kiinteitä mineraaleja, hydroksiapatiittia. Luukudoksen koostumus yhdessä eri luiden koon, muodon ja geometrian kanssa antaa luustolle erinomaiset lujuusominaisuudet ja ominaisuuksiin nähden kevyen rakenteen, joka kestää minimaalisella massalla maksimaalisesti kuormitusta. Luiden ensisijainen tehtävä onkin kestää kuormitusta, ylläpitää kehon rakennetta ja asentoa, suojata pehmeitä kudoksia ja edistää lihassupistusten tuottaman voiman siirtymistä kehon osasta toiseen. Luusto osallistuu myös elimistön mineraalitasapainon ylläpitämiseen ja tarjoaa suotuisan ympäristön verisolujen muodostukselle. Luu voidaan makroskooppisesti jakaa kahteen päätyyppiin: kuoriluuhun, jota ovat raajojen (appendikulaaristen) pitkien luiden varsiosat ja muidenkin luiden pintaosat, ja hohkaluuhun, jota on keskivartalon (aksiaalisten) luiden ja muiden pienempien luiden sisäosissa ja pitkien luiden päissä (taulukko 13.1). Biomekaanisia ja suojaavia funktioita pidetään yleensä kovan ja tiiviin kuoriluun ominaisuuksina. Hohkaluun sienimäinen verkostorakenne ja suuri pinta-ala ovat toisaalta ideaalisia aktiivisen aineenvaihdunnan kannalta. Luiden tehtävät ovat kuitenkin riippuvaisia myös luiden sijainnista elimistössä. Sekä kuori- että hohkaluiden funktiot ovat raajoissa enimmäkseen mekaanisia, ja molemmilla luutyypeillä on keskivartalossa mekaanisten funktioiden lisäksi tärkeä aineenvaihdunnallinen rooli. Taulukko Luun rakennetyypit ja tehtävät. Kuoriluu Hohkaluu Raajojen pitkien luiden varsiosat, kaikkien luiden pintaosat Putkirakenne ja suuri jäyhyysmomentti Biomekaaniset ja aineenvaihdunnalliset funktiot (taivutus- ja kiertojäykkyys, mineraalitasapaino) Aksiaalisten ja muiden pienempien luiden sisäosat, pitkien luiden päät Sienimäinen verkostorakenne ja suuri pinta-ala Biomekaaniset ja aineenvaihdunnalliset funktiot (painon kannatus, voimansiirto, mineraalitasapaino) 135

8 III Yksilön vanheneminen Ikään liittyvät muutokset Luuston ikään liittyville muutoksille on tyypillistä luumassan lisääntyminen kasvun aikana, aikuisiän tasannevaihe ja luun menetys vanhenemisen myötä (kuva 13.1). Luukudos uusiutuu koko elämän ajan luuta hajottavien solujen (osteoklastien) ja luuta muodostavien solujen (osteoblastien) sekä niiden esiasteiden aktiivisen ja organisoidun toiminnan avulla. Luun modellaatio, joka on geenien ohjaama prosessi ja joka on erityisen aktiivinen kasvun aikana, vahvistaa luita lisäämällä niiden massaa ja muuttamalla niiden muotoa ja geometriaa (taulukko 13.2). Luun remodellaatio puolestaan on mekanismi, joka ylläpitää luiden massaa ja rakennetta aikuisiässä poistamalla vaurioituneen ja hajonneen kudoksen ja korvaamalla sen uudella luuaineksella. Vanhenemisen ja luun patologisen haurastumisen (osteoporoosin) yhteydessä remodellaatio pyrkii suosimaan luun hajoamista (resorptiota) siten, että luun muodostus ei täysin korvaa poistettua luuta. Seurauksena on luun määrän väheneminen ja rakenteen heikkeneminen. Luun määrä saattaa vähentyä ja luiden rakenne heikentyä jo vuoden iästä alkaen. Muutokset ovat selvempiä 50. ikävuoden jälkeen, erityisesti naisilla vaihdevuosi-iässä, jolloin estrogeenin tuotanto vähenee ja luun resorptio lisääntyy. Luun menetys näyttäisi olevan naisilla suurempaa kuin miehillä myös vanhemmissa ikäryhmissä (kuva 13.1). Hohkaisille luukohdille on tyypillistä luupalkkien oheneminen ja väheneminen sekä verkostorakenteen heikentyminen. Pitkien luiden varsiosissa vanheneminen ilmenee luun sisäpinnan (endosteum) haurastumisena, mikä on luun määrään nähden runsaampaa naisilla kuin miehillä. Luun ulkopinnan (periosteum) laajeneminen on naisilla sekä kasvun että vanhenemisen aikana vähäisempää, mikä edelleen vähentää naisten luiden lujuutta miehiin verrattuna. Luun määrä on aikuisilla naisilla kaiken kaikkiaan pienempi kuin miehillä, mutta mikäli luiden koko otetaan huomioon ja mineraalimassa ilmaistaan mineraalitiheytenä tilavuusyksikköä kohti kuten Kuva Kaavamainen esitys luun mineraalitiheyden muutoksista iän mukana ja niihin vaikuttavista tekijöistä. Kuvaan on myös piirretty WHO:n kriteerien mukaan arvioidut osteopenian ja osteoporoosin raja-arvot. 136

9 13 Luuston kunto Suominen kuvassa 13.1 sukupuolten väliset erot ovat huomattavasti pienempiä. Joka tapauksessa on arvioitu, että naiset menettävät keskimäärin 50 % hohkaluuaineksestaan ja 30 % kuoriluuaineksestaan elämänsä aikana, kun vastaavat luvut miehillä ovat 30 % ja 20 %. WHO:n määrittelemien kriteerien mukaan luun menetystä voidaan pitää fysiologisena osteopeniana, mikäli luuntiheys on 1 2,5 keskihajontaa (SD) nuorten aikuisten keskiarvoa alhaisempi ( 2,5 < T-score 1). Osteoporoosista eli patologisesta luukadosta on kyse, mikäli tiheys on pienempi kuin 2,5 SD. Vastaavia arvoja voidaan laskea myös suhteessa ikäryhmäkohtaisiin keskiarvoihin (Z-score). Vaikka erilaisten tiheysmittausten sekä miesten ja naisten vertailu voi olla ongelmallista, kyseiset raja-arvot ovat käyttökelpoisia murtumariskin arvioinnissa. Luun menetys varhaisessa vaihdevuosi-iässä lisää erityisesti hohkaisten luukohtien, nikamien ja distaaliradiuksen, murtumariskiä. Myöhemmän iän osteoporoosi, joka kohdistuu myös kuoriluun rakenteisiin, ilmenee sekä naisten että miesten lisääntyneinä lonkka- ja nikamamurtumina. Luun mineraalitiheyden ja murtumariskin yhteys on sinänsä samanlainen iäkkäillä miehillä ja naisilla (kuva 13.2), mutta naisten suuremman lukumäärän, heikomman luuston ja huonomman lihaskunnon vuoksi osteoporoosi on erityisesti naisten terveysongelma. Taulukko Luun modellaatio ja remodellaatio. Modellaatio Remodellaatio Vallitseva prosessi kasvavassa luustossa Osteoblastien ja osteoklastien strateginen, ajallisesti ja paikallisesti riippumaton aktiivisuus Vahvistaa luustoa lisäämällä luiden massaa ja muuttamalla niiden muotoa ja geometriaa Vallitseva prosessi ei-kasvavassa luustossa Osteoklastien, osteoblastien ja niiden prekursorien paikallisesti koordinoitu vuorottainen aktiivisuus Ylläpitää aikuisen luuston massaa ja rakennetta korvaamalla vaurioituneen ja resorboituneen kudoksen uudella luuaineksella Kuva Luun mineraalitiheyden yhteys murtumien ilmaantumiseen viiden vuoden seuranta-aikana vuotiailla naisilla ja miehillä. Kuva perustuu Chengin ym raportoimaan aineistoon. 137

10 III Yksilön vanheneminen Luustomuutoksiin vaikuttavia tekijöitä Vaikka geneettiset tekijät ohjaavat luun massan ja rakenteen kehittymistä ja vaikuttavat luuston kuntoon todennäköisesti myöhemminkin, monet muut tekijät kuten lisääntynyt tai vähentynyt fyysinen aktiivisuus ja hormonaaliset tekijät voivat muokata luun modellaatio- ja remodellaatioprosesseja (vrt. kuva 13.1). Kehon painon ja rasvan määrän lisääntyminen on vähemmän liikkuvilla ihmisillä potentiaalisesti merkittävä luun mekaaniseen kuormitukseen ja hormoniaineenvaihduntaan vaikuttava tekijä. Luumassan lisääntyminen kasvuiässä ja luun menetyksen hidastuminen aikuisiässä ja myöhemmin vanhuudessa edellyttää riittävää kalsiumin ja D-vitamiinin saantia, mutta annos-vastesuhteista ja optimaalisesta saannista ei toistaiseksi ole tarkkaa tietoa. Myös muut elintapatekijät voivat vaikuttaa luuston kuntoon. Tupakoitsijoilla on pienempi luumassa kuin tupakoimattomilla jo kasvuiässä ja lisääntynyt lonkkamurtuman vaara vanhemmalla iällä. Liikunta Luun massaa ja mekaanista kompetenssia säätelevät homeostaattiset mekanismit, jotka kontrolloivat kuormituksen aiheuttamaa luun rasitusta ja muodonmuutosta (strain). Luuta muodostavat ja hajottavat solut saavat tiedon kuormituksesta todennäköisesti osteosyyttien (kalsifioituneeseen luuhun koteloituneiden osteoblastien) ja luun pintasolujen välityksellä, jotka muodostavat luuhun laajan, kolmiulotteisen kommunikaatioverkoston. Signaalien luonne ja välittymismekanismit ovat yksityiskohdiltaan epäselviä, mutta paikallisilla nestevirtauksilla, kasvutekijöillä tai sytokiineilla ja prostaglandiineilla lienee prosessissa keskeinen tehtävä. Mekanostaattinen säätely saattaa heikentyä postmenopausaalisessa osteoporoosissa, jolle on tunnusomaista estrogeenin puutteeseen liittyvä luun resorption lisääntyminen ja lujuuden väheneminen. Estrogeeni voi muuttaa mekanosensorisia asetuksia ja vaikuttaa näin kuormituksen aistimiseen ja luusolujen vasteeseen. Estrogeeniaineenvaihdunta voi tutkimusten mukaan vaikuttaa myös iäkkäiden miesten luun menetykseen. Jos luiden kuormitus on olennaisesti alentunut, niiden massa vähenee ja rakenne heikkenee nopeasti. Näin tapahtuu esimerkiksi pitkäaikaisen vuodelevon ja raajaimmobilisaation yhteydessä. Immobilisaation alkuvaiheessa mineraalikato voi hohkaluussa olla jopa 1 2 % viikossa. Muutokset ovat huonosti korjaantuvia, joskin yksilölliset erot ovat huomattavia. Luun tavanomaisen kuormituksen ylittävän liikunnan ja fyysisen aktiivisuuden vaikutukset eivät ole yhtä yksiselitteisiä. Epäsuoraa näyttöä luita kuormittavan liikunnan vaikutuksista on saatu runsaasti urheilija- ja ei-urheilija-vertailuista. Kuvaan 13.1 piirretty käyrä perustuu lukuisiin poikittais- ja eräisiin pitkittäistutkimuksiin, joiden mukaan intensiivisesti harjoittelevien urheilijoiden luun massa ja mineraalitiheys ovat keskimääräistä huomattavasti suurempia kaikissa ikäryhmissä. Korkeita luun mineraalimassan sekä kuoriluun poikkipinta-alan ja jäyhyysmomenttien arvoja on mitattu erityisesti voima- ja nopeuslajien harrastajilta. Sääriluun varren massajakaumaanalyysien mukaan luun mineraalimassa on esimerkiksi pikajuoksijoilla lisääntynyt spesifisti luuhun kohdistuneen kuormituksen suunnassa (kuva 13.3). Vastaavanlaisia suuntaspesifejä eroja luun massajakaumissa on havaittu myös verrattaessa fyysisen aktiivisuuden suhteen diskordantteja monotsygoottisia kaksosia. Vertailun vuoksi todettakoon, että pitkäaikaisen postmenopausaalisen hormonikorvaushoidon ylläpitämä luulisä näyttää kaksostutkimusten mukaan jakautuvan tasaisesti luun poikkipinta-alaan nähden. Kontrolloitu kokeellinen näyttö kriittisissä elämänvaiheissa kasvuiässä, vaihdevuosi-iässä ja myöhemmin vanhuudessa aloitetun liikunnan vaikutuksista on myös lisääntynyt viime vuosien aikana. Liikuntainterventioista on yleensä saatu positiivisia tuloksia, myös iäkkäille ihmisille, mutta luun mineraalitiheyden muutokset ovat jääneet keskimäärin 1 3 %:n tasolle vuodessa, mikä ei lyhyellä aikavälillä vaikuta olennaisesti luun lujuuteen ja murtumariskiin. Jyväskylässä tehty tutkimus osoitti, että hyppelytyyppinen harjoittelu voi yhdessä hormonikorvaushoidon kanssa lisätä varhaisessa vaihdevuosi-iässä olevien 138

11 13 Luuston kunto Suominen Kuva Veteraanipikajuoksijan ja verrokin tyypilliset sääriluun varren poikkileikkauskuvat ja keskimääräiset polaariset massajakaumakäyrät nuorilla (40 49 v) ja vanhoilla (70 85 v) urheilijoilla ja verrokeilla (31 45 v). Urheilijoiden ja verrokkien pituus- ja painovakioidun mineraalimassan erot ovat ilmeisiä luun poikkileikkeen anterolateraalisilla (A L) ja posteromediaalisilla (P M) sektoreilla. Kuva perustuu Korhosen ym raportoimaan aineistoon. naisten alaraajojen luiden mineraali tiheyt tä ja muuttaa sen lisäksi niiden massajakaumia ja laskettuja jäyhyysmomentteja. Luita tehokkaasti kuormittava nopeus- ja iskutyyppinen harjoittelu, joka tuottaa korkeita ja lyhytaikaisia kuormitushuippuja ja tavanomaisesta poikkeavia strain-arvoja, ei kuitenkaan sellaisenaan sovellu iäkkäille ihmisille. Hormonikorvaushoitoa on aikaisemmin suositeltu sekä terveille vaihdevuosiikäisille naisille että erityisesti osteoporoosin riskiryhmille, mutta sivuvaikutusten raportointi ja muun lääkehoidon kehittäminen ovat jonkin verran hillinneet estrogeenien käyttöä osteoporoosin ehkäisyssä ja hoidossa. Tulevissa tutkimuksissa pitäisi edelleen selvittää, minkälainen liikunta voi käytännössä parhaiten säilyttää kasvuiässä hankittua luun huippumassaa. Tiedon aukkojen täyttäminen edellyttää liikunnan ja muiden tekijöiden vaikutusmekanismien tarkempaa selvittämistä sekä luun rakenteen ja lujuuden mittausmenetelmien kehittämistä. Kohtuullinenkin fyysinen aktiivisuus ja liikunta voi pitkällä aikavälillä osoittautua hyödylliseksi osteoporoottisten murtumien ehkäisyssä ylläpitämällä lihasten massaa ja suorituskykyä sekä tasapainoa ja koordinaatiota, jotka luuston kunnon lisäksi ovat tärkeitä ominaisuuksia murtumariskin kannalta. Lihasvoima- ja vastusharjoittelu on todennäköisesti myös hyvää luuliikuntaa ikääntyville ihmisille. Lihaskunto-, liikkuvuus- ja tasapainoharjoitukset ovat asianmukaisesti toteutettuina potentiaali- 139

12 III Yksilön vanheneminen sia hoitomenetelmiä myös osteoporoosipotilaiden toimintakyvyn ja elämänlaadun kohentamisessa. Potilaille, joilla on kovia kipuja ja liikerajoituksia, voidaan soveltaa kehon painoa keventäviä liikuntaohjelmia (esimerkiksi vesivoimistelua). Osteoporoosipotilaiden tulisi kuitenkin välttää dynaamisia vatsalihasliikkeitä, voimakkaita taivutus- ja kiertoliikkeitä sekä äkillisiä tai impaktityyppisiä kuormituksia. Kirjallisuutta Cheng S, Suominen H, Sakari-Rantala R, Laukkanen P, Avikainen V, Heikkinen E. Calcaneal bone mineral density predicts fracture occurrence: a five-year follow-up study in elderly people. J Bone Miner Res 1997; 12: Cheng S, Sipilä S, Taaffe D R, Puolakka J, Suominen H. Change in bone mass distribution induced by hormone replacement therapy and high-impact physical exercise in postmenopausal women. Bone 2002; 31: Harridge S, Suominen H. Physical activity in the elderly. Kirjassa: Kjaer M, Krogsgaard M, Magnusson P, ym., toim. Textbook of sports medicine. Basic science and clinical aspects of sports injury and physical activity. Oxford: Blackwell Science; 2003, s Heinonen A, Karinkanta S. Liikunta osteoporoosin ja osteoporoottisten murtumien ehkäisyssä. Suom Lääkäril 2003; 38: Kahn K, McKay H, Kannus P, Bailey D, Wark J, Bennel K, toim. Physical activity and bone health. Champaign: Human Kinetics, Kohrt W M, Bloomfield S A, Little K D, Nelson M E, Yingling V R. American College of Sports Medicine position stand: physical activity and bone health. Med Sci Sports Exerc 2004; 36: Korhonen M T, Heinonen A, Siekkinen J, ym. Bone density, structure and strength, and determinants in aging sprint athletes. Med Sci Sports Exerc Jul 6. [Epub ahead of print] Ma H, Leskinen T, Alen M, ym. Long-term leisure time physical activity and properties of bone: A twin study. J Bone Miner Res 2009; 24: Mikkola T M, Heinonen A, Kovanen V, ym. Influence of longterm postmenopausal hormone replacement therapy on structural bone strength: A study in discordant monozygotic twins. J Bone Miner Res 2011; 26: Osteoporoosi (online). Käypä hoito -suositus. Suomalaisen Lääkäriseuran Duodecimin, Suomen Endokrinologiyhdistyksen ja Suomen Gynekologiyhdistyksen asettama työryhmä. Helsinki: Suomalainen Lääkäriseura Duodecim, 2006 (viitattu ). Saatavilla Internetissä: www. kaypahoito.fi. Suominen H. Bone mineral density and long term exercise: an overview of cross-sectional athlete studies. Sports Med 1993; 16: Suominen H. Muscle training for bone health. Aging Clin Exp Res 2006; 18: Taaffe D R, Daly R M, Suominen H, Galvão D A, Bolam K A. Physical activity and exercise in the maintenance of the adult skeleton and the prevention of osteoporotic fractures. Kirjassa: Marcus R, ym., toim. Osteoporosis. Elsevier (painossa). 140

13 14 Lihasvoima Sarianna Sipilä, Taina Rantanen, Kristina Tiainen Kuinka lihakset tuottavat voimaa 141 Lihasvoiman periytyvyys 145 Hermo-lihasjärjestelmän rakenteen ja toiminnan ikääntymismuutokset 146 Lihasvoiman merkitys terveydelle ja toimintakyvylle 148 Voiko vanhetessaan ylläpitää lihasvoimaa? 150 Tutkimuksesta ja käytännöstä 152 Iän mukana tapahtuva lihasvoiman heikkeneminen on keskeinen toiminnanvajauksien riskitekijä. Lihasvoimaharjoittelun merkitys iäkkäiden ihmisten primaari- ja sekundaarikuntoutuksessa on vilkkaan tutkimus- ja kehitystyön kohde. Lihasvoimatutkimusta tehdään usealla eri tieteenalalla, kuten molekyylibiologiassa, epidemiologiassa, liikuntatieteissä ja terapiatieteissä. Tutkimusnäkökulmien moninaisuus on pyritty ottamaan huomioon myös tässä luvussa. Aluksi kuvataan, kuinka lihakset toimivat. Sen jälkeen siirrytään käsittelemään lihasten vanhenemismuutoksia, lihasvoiman merkitystä iäkkään ihmisen terveydelle ja lopuksi lihasvoiman ylläpitämiseen ja harjoittamiseen liittyviä kysymyksiä. Kuinka lihakset tuottavat voimaa Luurankolihaksen pääasiallinen tehtävä on tuottaa voimaa, minkä seurauksena saadaan aikaan tarkoituksenmukainen liike tai toiminta. Kuvassa 14.1 esitetään pääpiirteissään hermolihasjärjestelmän eri osat sekä lihassupistukseen ja sen aiheuttamaan liikkeeseen osallistuvat rakenteet. Esimerkiksi kun henkilö päättää nousta istumasta seisomaan, tahdonalainen lihassupistus alkaa aivojen motorisella kuorella syntyneestä ärsykkeestä. Ärsyke kulkee sähköimpulssina selkäytimen etummaisessa juosteessa olevaa hermorataa pitkin alempaan liikehermosoluun, jossa se kulkee eteenpäin viejähaaraa (aksonia) pitkin. Aksonia ympäröi eristävä myeliinituppi, jossa on säännöllisin välein myeliinittomia Ranvier n kuroumia. Hermoimpulssi etenee hyppäämällä kuroumasta toiseen. Alemman liikehermosolun päässä olevat ulokkeet, päätelevyt, muodostavat lihassolukalvolla hermo-lihasliitoksen, jota kautta hermoimpulssi siirtyy kemiallisten välittäjäaineiden avulla lihassolun solukalvolle. Lihassolukalvoa pitkin sähköinen impulssi kulkeutuu lihassolun sisälle solukalvossa olevaa putkistoa (T-tubulusta) pitkin. Impulssin seurauksena lihassolun sisällä olevasta solulimakalvostosta vapautuu kalsiumioneja, jotka sitoutuvat aktiinifilamenttiin paljastaen rakenteen, jonka kanssa myosiinifilamentti pääsee tekemään kemiallisen sidoksen, poikittaissillan. Aktiini- ja myosiinifilamentit ovat lihassolun sisällä olevia valkuaisainesauvoja, jotka sijaitsevat rinnakkain toistensa lomassa. Aktiinifilamentit kiinnittyvät suoraan ja myosiinifilamentit mahdollisesti titiinin avulla Z-linjaan muodostaen lihaksen pienim- 141

14 III Yksilön vanheneminen Kuva Kaavakuva hermo-lihasjärjestelmän rakenteesta. A) Motorinen aivokuori ja siitä lähtevät hermoradat. B) Selkäydin ja siinä kulkevat hermoradat. C) Alempi liikehermosolu (alfamotoneuroni). D) Lihaksen poikkileikkauskuva. E) Lihassolukimppu pitkittäin. F) Yksittäinen lihassäie. G) Sarkomeeri. H) Yksittäinen myosiinimolekyyli. män supistuvan yksikön, sarkomeerin. Aktiini- ja myosiinifilamenttien välisten poikittaissiltojen avulla aktiinifilamentit liukuvat lähemmäksi sarkomeerin keskustaa sarkomeeri lyhenee ja lihas supistuu, jolloin syntyy haluttu liike. Lihassupistus vaatii runsaasti energiaa. Sitä tarvitaan erityisesti aktiini- ja myosiinifilamenttien välisten sidosten purkamiseen ja kalsiumin pumppaamiseen takaisin solulimakalvostoon. Energiaa saadaan pilkkomalla lihakseen varastoitunutta korkeaenergistä adenosiinitrifosfaattia (ATP) adenosiinidifosfaatiksi (ADP) ATPaasientsyymin avulla. ATP:a tuotetaan lisää lihakseen varastoituneesta kreatiinifosfaatista. Näiden lihaksen ns. välittömien energianlähteiden lisäksi energian tuottamiseen tarvitaan hiilihydraatteja ja rasvoja sekä joissakin erityistapauksissa valkuaisaineita. Luurankolihas on hiilihydraattiaineenvaihdunnan kannalta tärkeä ja keskeinen kudos. Liian vähäinen lihasten käyttö esimerkiksi fyysisen inaktiivisuuden tai halvauksen seurauksena on diabeteksen riskitekijä. Lihassolutyypit Lihassolut voidaan luokitella supistumisnopeuden mukaan hitaisiin (I-tyypin), nopeisiin (IIa tai IIb/ IIx) ja välimuotoisiin (esimerkiksi Ic, IIab, IIc) 142

15 14 Lihasvoima Sipilä Rantanen Tiainen soluihin. Yleisesti ottaen ihmisellä on luurankolihaksissa hitaita ja nopeita lihassoluja suunnilleen yhtä paljon. Poikkeusyksilöitäkin tosin on. Esimerkiksi kestävyysurheilussa on etua siitä, jos valtaosa lihassoluista on hitaita. Joillain kestävyysurheilijoilla voi % lihassoluista olla hitaita. Hitaita lihassoluja käytetäänkin pääasiassa pitkäkestoisissa suorituksissa, oli sitten kyseessä kestävyysurheilu tai päivittäisistä toiminnoista selviytyminen. Näissä suorituksissa lihassolujen energia-aineenvaihdunta perustuu aerobisiin prosesseihin. Nopeissa lyhytkestoisissa suorituksissa puolestaan käytetään nopeita lihassoluja, jotka tuottavat energiaa anaerobisten prosessien avulla. Nopeuslajien urheilijoilla, esimerkiksi pikajuoksijoilla, voi olla 80 % nopeita lihassoluja. Lihassolut voidaan luokitella histokemiallisilla menetelmillä myosiinifilamentin ATPaasin aktiivisuuteen perustuen. Luokittelu voidaan tehdä Metabolinen oireyhtymä Metabolisen oireyhtymän tunnusomaisia piirteitä ovat keskivartalolihavuus, kohonnut verenpaine ja heikentynyt kyky käyttää glukoosia hyödyksi. Yksi keskeinen mekanismi metabolisen oireyhtymän synnyssä on liian vähäinen liikunta eli lihasten käyttämättömyys. Lihasten käyttämättömyys saattaa usein johtua istumatyöstä ja passiivisesta vapaa-ajanvietosta. Ääriesimerkki lihasten vähäisestä käytöstä on halvaantumisen aiheuttama tahdonalaisen lihastyön dramaattinen väheneminen. Hyvin usein halvauksen saaneille ihmisille kehittyy diabetes. Lihasten liian vähäinen käyttö saattaa johtaa hiilihydraattiaineenvaihdunnan häiriöön. Insuliinin vaikutuksen heikentymisen eli insuliiniresistenssin seurauksena elimistön kyky käyttää hyväkseen verensokeria (glukoosia) on heikentynyt. Huonon glukoosinsietokyvyn (intoleranssin) ja insuliiniresistenssin seurauksena verensokeritaso kohoaa normaalia korkeammaksi. Seurauksena on kohonnut riski sairastua aikuistyypin diabetekseen ja ateroskleroosiin. myös myosiinimolekyylin raskasketjun (MHC) perusteella. Tällöin lihassolut luokitellaan I-, IIA- tai IIX-tyypin soluihin immunohistokemiallisesti sen perusteella, mitä myosiinin raskasketjua (MHC I, MHC IIA tai MHC IIX) kyseinen solu ilmentää. Lihaskudosnäytteestä voidaan analysoida myosiinin raskasketjujen suhteelliset osuudet myös niiden ominaispainojen perusteella. Yksittäinen lihassolu saattaa ilmentää kahta tai jopa kolmea eri raskasketjua. Tällöin puhutaan välimuotoisista soluista, hybridisoluista. On toistaiseksi jossain määrin epäselvää, mitä toiminnallisia seurauksia hybridisolujen olemassaolosta on, mutta vaikuttaa siltä, että hybridit eivät pysty toimimaan yhtä tehokkaasti kuin yhdentyyppistä raskasketjua ilmentävät solut. Motorinen yksikkö Liikehermosolu ja sen hermottamat lihassolut muodostavat motorisen yksikön. Motorisen yksikön koko vaihtelee eri lihaksissa ja se on riippuvainen lihaksen pääasiallisesta toiminnasta. Mitä tarkempaa voimantuoton säätelyä lihakselta vaaditaan, sitä vähemmän lihassoluja on yhdessä motorisessa yksikössä. Esimerkiksi silmää liikuttavissa lihaksissa voi olla vain muutama lihassolu yhtä liikehermosolua kohtaan. Suurissa raajojen lihaksissa saattaa olla satoja, jopa tuhansia soluja motorista yksikköä kohden. Peräkkäisten sarkomeerien ja koko lihassolun lyheneminen välitetään liikkeeksi lihassolun sisällä olevien rakenteiden ja solun ulkopuolisen, pääasiassa kollageenista koostuvan sidekudosverkoston avulla. Sidekudosverkosto yhdistyy lihaksen molemmissa päissä jänteisiin. Yksittäistä lihassolua ympäröivää sidekudoskalvoa kutsutaan endomysiumiksi. Lihassolukimppuja ympäröi perimysium ja koko lihasta peittää epimysium. Sidekudosverkoston tehtävänä on liikkeen välittämisen lisäksi myös ylläpitää lihaksen rakennetta. Lihasvoiman mittaaminen Se, kuinka paljon lihakset pystyvät tuottamaan voimaa, riippuu lihasten koosta sekä hermotuksen tehokkuudesta. Iän mukana lihasten koko pienenee ja hermotus heikkenee aiheuttaen lihasvoiman 143

16 III Yksilön vanheneminen Kuva Yhteenveto lihasten suorituskyvyn heikkenemiseen vaikuttavista tekijöistä. alenemista (kuva 14.2). Viimeksi kuluneen vuosikymmenen aikana kiinnostus iäkkäiden ihmisten lihasvoiman mittaamiseen on lisääntynyt sekä tieteellisessä tutkimuksessa että kuntoutuksen tarpeen ja vaikuttavuuden arvioinnissa. Isometrisessa lihassupistuksessa lihas tuottaa voimaa, mutta ulkoista liikettä ei tapahdu. Laukun kannattelu on esimerkki isometrisesta lihassupistuksesta. Monet mittausjärjestelmät perustuvat isometristen suoritusten taltioimiseen. Esimerkiksi käden puristusvoima useimmiten mitataan isometrisesti siten, että tutkittavaa pyydetään ottamaan voimadynamometriin kytketystä kahvasta tukeva ote ja puristamaan mahdollisimman kovaa (kuva 14.3). Mittalaitteessa oleva venymäliuska-anturi rekisteröi itseensä kohdistuneen voimantuoton, jonka jälkeen tulos digitoidaan ja muutetaan voiman yksiköiksi, newtoneiksi (N). Maksimivoiman mittauksissa tutkittavaa pyritään motivoimaan mahdollisimman hyvään suoritukseen. Tällöin on kyseessä tahdonalainen maksimivoima. Tahdonalainen voima on varsinkin iäkkäillä ihmisillä jonkin verran alempi kuin lihasten todellinen maksimivoima, joka saadaan selville vain ulkoisen sähköärsykkeen avulla. Dynaamisista lihassupistuksista puhutaan silloin kun lihassupistukseen liittyy havaittava liike. Konsentrisessa supistuksessa lihas supistuessaan lyhenee. Esimerkiksi portaita noustaessa reiden etupuolen lihakset työskentelevät konsentrisesti. Eksentrisessä supistuksessa lihas pitenee Kuva Isometrisen lihasvoiman mittaaminen säädettävällä dynamometrillä. Kuvassa on meneillään käden puristusvoiman mittaus. Henkilö puristaa käsinojaan kytkettyä kahvaa, jolloin siihen liitetty mitta-anturi rekisteröi tuotetun voiman. Kuvan laitteella voi mitata lisäksi polven ojennusvoimaa ja käden koukistusvoimaa. Mittauksen aikana tutkittava istuu paikoillaan ja yhden lihasryhmän voima mitataan kerrallaan. Mittaus ei ole fyysisesti rasittava, joten myös hyvin iäkkäät ja sangen huonokuntoiset ihmiset voivat osallistua lihasvoimamittauksiin esimerkiksi tieteellisissä tutkimuksissa tai kuntoutuksen vaikuttavuutta arvioitaessa. Isometrisissa mittauksissa nivelessä ei tapahdu liikettä, joten kipuriski esimerkiksi nivelrikkopotilailla on vähäinen. 144

17 14 Lihasvoima Sipilä Rantanen Tiainen supistuessaan. Portaita laskeuduttaessa reiden etupuolen lihakset tekevät eksentristä työtä. Eksentrisen ja konsentrisen voiman mittaaminen vaatii monimutkaisempia laitteita kuin isometrisen voiman mittaaminen. Lihasten voimantuottoteho on myös ikääntymistutkimuksissa kiinnostuksen kohteena. Sillä tarkoitetaan sitä, kuinka suuren työn lihakset pystyvät tekemään tietyssä ajassa. Voimantuottoteho voidaan laskea jakamalla tehty työ siihen käytetyllä ajalla. Toinen mahdollisuus laskea voimantuottoteho on kertoa tuotettu voima liikenopeudella. Tehon yksikkö on watti (W). Lihasvoimamittauksia tehtäessä on tärkeää pyrkiä standardoimaan tutkittavan asento mahdollisimman hyvin ja samalla kontrolloida, että suoritus on puhdas. Nivelten kulma samoin kuin kehon asento saattaa vaikuttaa voimamittauksen tulokseen, joten ne täytyy kontrolloida huolellisesti. Tutkittavan on syytä antaa harjoitella suoritusta etukäteen, koska oppiminen yleensä parantaa tulosta. Myös motivaatio tai tilanneahdistuneisuus saattaa vaikuttaa tulokseen. Kaikki suoritusta häiritsevät tekijät täytyy mittaustilanteissa pyrkiä minimoimaan. Tästä syystä myös mittaajan on syytä harjoitella etukäteen. Lihasvoiman periytyvyys Yksilöiden väliset erot lihasvoimassa selittyvät perimällä ja eroilla ympäristötekijöissä. Perimällä tarkoitetaan yksilön vanhemmiltaan perimien kaikkien geenimuotojen kokonaisuutta. Geeni on perinnöllisyyden perusyksikkö, perintöaineksen toiminnallinen osa, joka siirtää perinnöllisen tiedon sukupolvelta toiselle. Usein puhutaan ominaisuuksien periytymisestä vanhemmilta lapsille. Varsinaisesti ominaisuudet eivät kuitenkaan periydy, vaan ominaisuuksiin vaikuttavat geenit periytyvät. Ympäristötekijöillä puolestaan tarkoitetaan kaikkia ominaisuuteen vaikuttavia ei-geneettisiä tekijöitä. Nykyisin periytyvyyden ja geenien tutkiminen on suuren kiinnostuksen kohteena. Periytyvyyttä ja geneettisiä tekijöitä selitettäessä tutkimuksessa voidaan nähdä kolme eri vaihetta. Ensimmäisessä vaiheessa selvitetään, ovatko geneettiset tekijät ylipäätään yhteydessä tutkittavaan ominaisuuteen. Jos perimällä on merkitystä, seuraavana tavoitteena on selvittää, mitkä perimän alueet ovat yhteydessä tutkittavaan ominaisuuteen. Viimeisessä vaiheessa pyritään tarkentamaan ja nimeämään, mitä nämä ominaisuuteen yhteydessä olevat geenit ovat. Taudin tai ominaisuuden periytyvyyttä voidaan tutkia kaksostutkimuksen avulla. Kaksostutkimuksessa verrataan toisiinsa perimältään 100-prosenttisesti samanlaisia, identtisiä kaksosia (monotsygoottiset kaksoset) ja perimältään 50-prosenttisesti samanlaisia ei-identtisiä kaksosia (ditsygoottiset kaksoset). Identtisten kaksosten suurempi samankaltaisuus tutkittavan ominaisuuden suhteen verrattuna ei-identtisiin kaksosiin on osoitus siitä, että perimä selittää yksilöiden välisiä eroja kyseisessä ominaisuudessa. Yksilöiden välisiä eroja selitettäessä geenien selitysosuus on tutkitun väestön ominaisuus eikä tarkoita yksilön ominaisuutta. Perimän selitysosuus englanninkielisessä kirjallisuudessa raportoidaan usein heritabiliteettina (heritability). Heritabiliteetti on tilastollinen termi, joka kuvaa geneettisten tekijöiden selitysosuutta ilmiön kokonaisvaihtelusta. Heritabiliteetti on riippuvainen ajasta ja tutkimuskohteesta. Tästä syystä perimän selitysosuus saattaa vaihdella iän, sukupuolen ja väestön mukaan. On kuitenkin muistettava, että geneettiset ja ympäristötekijät ovat jatkuvassa vuorovaikutussuhteessa toistensa kanssa. Tästä syystä ominaisuudet ja sairaudet ovat aina geenien ja ympäristötekijöiden yhteisvaikutuksen tulosta. Periytyvyyden tutkimuksessa yleisesti käytettävä tilastollinen menetelmä on geneettinen mallinnus, jossa tutkittavan ominaisuuden, esimerkiksi lihasvoiman, kokonaisvaihtelu jaetaan perimän eli geneettisten tekijöiden selittämään vaihteluun ja ympäristötekijöiden selittämään vaihteluun. Kaksostutkimuksissa ympäristötekijöillä tarkoitetaan tekijöitä, jotka vaikuttavat tai ovat vaikuttaneet kaksosiin samalla tavalla, esimerkiksi lapsuuden ajan kasvu- ja kasvatusympäristö. Yksilölliset ympäristötekijät ovat puolestaan tekijöitä, jotka tekevät jokaisesta yksilöstä erilaisia, esimerkiksi omat sairaudet, vammat ja harrastukset. 145

18 III Yksilön vanheneminen Yksilöiden välisistä lihasvoimaeroista geneettiset tekijät selittävät %. Tutkimukset ovat myös osoittaneet, että kahteen erilaiseen lihassupistustapaan, isometriseen lihasvoimaan ja voimantuottotehoon, vaikuttavat osittain yhteiset geneettiset tekijät. Tulosten suurta vaihtelua selittävät osaltaan mm. erot tutkittavien lukumäärässä, erilaisten mittausmenetelmien käyttö, tutkittavien ikä ja sukupuoli. Geneettisten tekijöiden osuus lihasvoimaerojen selittäjänä saattaa kuitenkin muuttua ikääntyessä niin, että ympäristötekijöiden merkitys kasvaa geneettisten tekijöiden merkityksen vähentyessä. Iäkkäiden miesten puristusvoimaeroja tutkittaessa perimän selitysosuus alkutilanteessa oli 35 %. Kymmenen vuoden seurannan jälkeen perimän selitysosuus oli pudonnut 22 prosenttiin ja ympäristötekijöiden selitysosuus oli puolestaan noussut 39 %:sta 45 %:iin. Lihasvoima on polygeeninen eli monitekijäinen ilmiö, johon todennäköisesti vaikuttavat useat eri geenit ja niiden väliset yhteydet (gene gene interaction). Lisäksi geenit toimivat vuorovaikutuksessa ympäristötekijöiden kanssa (gene environment interaction). Yksilön lihasvoimataso muodostuukin usean eri geenin ja ympäristötekijöiden yhteisvaikutuksen tuloksena. Myös geenien aktiivisuustaso vaihtelee iän myötä. Lihasvoimaan vaikuttavina kandidaattigeeneinä on esitetty mm. seuraavia geenejä: GDF8 (growth differentiation factor 8, myostatin), ACE (angiotensin converting enzyme), ACTN3 (alpha actinin 3), CNTF (ciliary neutrophin factor gene), COL1A1 ja COL1A2 (collagen type 1 genes), IGF1 ja IGF2 (insulin like growth factors), VDR (vitamin D reseptor). Myostatiinia pidetään tällä hetkellä ehkä voimakkaimpana kandidaattigeeninä, joka selittäisi lihasvoimaeroja ikääntyneillä. Jos geneettisten tekijöiden selitysosuus on hyvin korkea, kuten esimerkiksi kehon pituuden määräytymisessä, ympäristötekijöitä muuttamalla pystytään vaikuttamaan vain vähän tutkittavaan ominaisuuteen. Lihasvoiman kohdalla kuitenkin yli puolet yksilöiden välisistä eroista selittyy muilla kuin geneettisillä tekijöillä. Ympäristötekijöiden eli ei-perinnöllisten tekijöiden suuri selitysosuus korostaa fyysisen aktiivisuuden, kuntoutuksen, harjoittelun sekä muiden elämäntapatekijöiden tärkeyttä iäkkäiden lihasvoiman ylläpidossa ja sen lisäämisessä. Hermo-lihasjärjestelmän rakenteen ja toiminnan ikääntymismuutokset Lihasvoima Lihasvoima saavuttaa huippunsa ikävuoden tienoilla. Mikäli fyysisessä aktiivisuudessa ja elintavoissa ei tapahdu suuria muutoksia, se pysyy suhteellisen muuttumattomana aina 50. ikävuoteen saakka. Tämän jälkeen lihasvoima alkaa heikentyä noin 1 %:n vuosivauhtia. Vaihdevuosiin liittyvien hormonaalisten muutosten takia naisten lihasvoima heikkenee 50. ikävuoden tienoilla luultavasti enemmän ja nopeammin kuin miesten. Iän lisääntyessä myös lihasvoiman heikentyminen kiihtyy. Kuudenkymmenenviiden ikävuoden jälkeen se heikkenee noin 1,5 2 % vuodessa. Osa voiman heikkenemisestä liittyy sairauksiin, osa muissa elinjärjestelmissä tapahtuviin ikääntymismuutoksiin, osa fyysisen aktiivisuuden muutoksiin ja osa suoranaisiin hermo-lihasjärjestelmän vanhenemismuutoksiin. Tässä kappaleessa esitellään lähinnä hermo-lihasjärjestelmässä tapahtuvia ikääntymismuutoksia. Sarkopenia Lihaskudoksen määrä vähenee ihmisen ikääntyessä, samalla kun hävinnyt lihaskudos korvautuu ainakin osittain rasvakudoksella. Erään tutkimuksen mukaan iäkkäiden ihmisten polven ojentajalihaksen poikkipinta-alasta vain 50 % muodostui lihaskudoksesta ja loput rasva- ja sidekudoksesta. Tätä ilmiötä kutsutaan sarkopeniaksi, ja se on viime vuosina ollut vilkkaan tutkimuksen kohteena erityisesti Yhdysvalloissa. Lihasmassan pieneneminen johtuu sekä hitaiden, että nopeiden lihassolujen lukumäärän vähenemisestä palautumattoman soluvaurion tai liikehermosolun kuoleman seurauksena. Sarkopenialle tyypillisenä piirteenä pidetään juuri liikehermosolujen vähenemistä. Myös nopeiden lihassolujen koko pienenee ikääntymisen seurauksena. Sarkopenian taustalla on monia muitakin mekanismeja kuten hormonitasojen lasku (estrogeenit, androgeenit, 146

19 14 Lihasvoima Sipilä Rantanen Tiainen Kuva Poikkileikkauskuva reiden puolivälistä. Kuvissa näkyy mustana keskellä reisiluu. Tummanharmaa on lihaskudosta ja vaaleanharmaa rasvakudosta. Vasemmalla oleva kuva on otettu 36-vuotiaan terveen naisen reidestä. Koko reiden poikkileikkeessä noin 70 % on lihaskudosta. Oikean puolen kuva on otettu 70-vuotiaan terveen naisen reidestä. Poikkileikkeestä noin 50 % on lihaskudosta. kasvuhormoni), lisääntyneeseen rasvan määrään liittyvä insuliiniresistenssi, sekä käyttäytymisen muutokset kuten fyysisen aktiivisuuden aleneminen ja ruokahaluttomuudesta johtuva proteiinin saannin väheneminen. Myös moniin sairauksiin liittyvää tulehdusreaktiota pidetään yhtenä sarkopenian taustalla olevana tekijänä. Myös ikääntymiseen liittyvä matalaintensiteettinen tulehdustila (kohonnut seerumin C-reaktiivisen proteiinin ja interleukiini-6:n konsentraatio) on yhteydessä lihasvoiman heikkenemiseen. Sarkopenian seuraukset, lihasheikkous ja metabolisen reservin aleneminen, ovat tärkeitä tekijöitä toiminnanvajauksien ja lisääntyneen kuolleisuusriskin taustalla. Kuva 14.4 esittää ikääntymisen mukanaan tuomia muutoksia reiden lihasten koostumuksessa. Lihassolujakauma Myös lihassolujakaumassa näyttää tapahtuvan muutoksia ikääntymisen myötä, joskin tieto tältä alueelta on jossain määrin ristiriitaista. Osa aikaisemmista tutkimuksista on osoittanut, että iäkkäillä ihmisillä hitaiden lihassolujen suhteellinen osuus on suurempi kuin nuoremmilla. Tämä saattaa johtua siitä, että toimiva, yleensä hitaita lihassoluja hermottava liikehermosolu alkaa hermottaa osaa niistä lihassoluista, joiden oma nopea liikehermosolu on kuollut. Uuden hermotuksen saaneet lihassolut muuttuvat vähitellen muiden samassa motorisessa yksikössä olevien solujen kaltaisiksi eli hitaiksi. Tämän denervaatio-reinnervaatioprosessin seurauksena toimivien motoristen yksiköiden lukumäärä vähenee ja niiden koko suurenee. Edellisten ikääntymismuutosten lisäksi lihasten supistumisnopeuteen ja voimantuottotehoon vaikuttavat luultavasti myös myosiinifilamentin pään entsyymiaktiivisuuden ja toiminnan muutokset lihassupistuksen aikana. Aktiini- ja myosiinifilamenttien välinen liukumisnopeus hidastuu ikääntymisen mukana erityisesti niissä soluissa, jotka ilmentävät MHC I:tä ja IIA:ta. On todettu, että yli 85-vuotiailla miehillä ja naisilla on jopa kolmasosa soluja, jotka sisältävät myosiinin raskasketju I:tä ja IIA:ta. Näiden ns. hybridisolujen runsas määrä johtuu luultavasti myosiinin raskasketjujen ilmentymistä säätelevien mekanismien häiriintymisestä. Tämä tutkimussuunta on parhaillaan kehittymässä ja tuottaa lähivuosina todennäköisesti uutta tietoa lihasten vanhenemismuutosten syistä. Sitä voi pitää askeleena eteenpäin 147

20 III Yksilön vanheneminen niistä tutkimuksista, jotka perustuivat perinteiseen jaotteluun hitaisiin ja nopeisiin lihassoluihin. Lihasvoiman merkitys terveydelle ja toimintakyvylle Lihasvoima ja toimintakyky Aiemmissa tutkimuksissa on todettu, että lihasvoima heikkenee erityisesti sellaisissa sairauksissa kuten kroonisessa ahtauttavassa keuhkosairaudessa, diabeteksessa, sepelvaltimotaudissa, osteoartriitissa, reumassa ja halvauksissa. Näissä sairauksissa tautiprosessien suorien vaikutusten lisäksi juuri lihasvoiman heikkeneminen saattaa olla merkittävä toiminnanvajausten riskin lisääjä. Lihasvoima saattaa lopulta pudota tasolle, jolloin monien päivittäisten rutiinien tekeminen vaikeutuu. Jotta ihminen pystyisi kiipeämään portaita tai nousemaan tuolista ylös, hänen lihastensa tuottaman voiman pitää pystyä voittamaan maan kehon massaan kohdistama vetovoima. Lihasvoiman puute saattaa muodostua liikkumista rajoittavaksi tekijäksi erityisesti liikunnallisesti passiivisilla ylipainoisilla henkilöillä, joilla on useita sairauksia. Tiettyyn liikkeeseen, vaikka portaalle nousemiseen, tarvittavan lihasvoiman määrä riippuu henkilön painosta eli siitä, kuinka suuri työ pitää tehdä, sekä motorisesta taidosta. Taidokas suorittaja tarvitsee vähemmän lihasvoimaa kuin henkilö, jonka suoritus on hioutumaton tai muuten haparoiva. Esimerkiksi huono asennonsäätelykyky käveltäessä asettaa lisävaatimuksia voimankäytölle. Usein hyvin iäkkäillä ihmisillä on vaikeuksia liikkeen koordinoinnissa, joka entisestään lisää lihasvoiman merkitystä suorituksen mahdollistajana. Viimeaikaisissa tutkimuksissa on myös havaittu, että ne iäkkäät naiset, joilla on suuri ero alaraajojen ojentajalihasten voimantuottotehon välillä, kävelevät hitaammin ja heidän asennonsäätelykykynsä on heikentynyt verrattuna sellaisiin naisiin, joilla puoliero oli vähäisempi. Lisäksi alaraajojen voimantuottotehon puolieron on todettu olevan yhteydessä vamman aiheuttamiin kaatumisiin. Alaraajojen välinen lihasvoiman puoliero lisääntyy toiseen jalkaan kohdistuneiden vammojen ja sairauksien, kuten lonkka- tai polvinivelen kuluman tai luun murtuman, seurauksena. Reservikapasiteetista puhutaan, kun voimaa on riittävästi ja voiman lisäys ei enää sinänsä paranna suoritusta. Reservikapasiteetti on ikään kuin turvamarginaali. Esimerkiksi sairaalahoidossa lihasvoima saattaa vuodelevossa vähetä jopa 2 % päivässä. Mikäli alaraajojen lihasvoima on jo valmiiksi lähellä liikkumiseen tarvittavaa minimiarvoa, henkilöllä on merkittävä lihasten heikkoudesta johtuvien toiminnanvajausten riski. Jos taas lihasvoimissa on reserviä, ei muutaman prosentin voiman aleneminen vielä johda toiminnanvajauksiin (kuva 14.5). Lihasvoimareservin merkitystä uusien toiminnanvajauksien synnyssä tutkittiin mittavassa seurantatutkimuksessa, johon osallistui yli tervettä keski-ikäistä miestä. Tutkimus aloitettiin 1960-luvulla, jolloin osallistujilta mitattiin käden puristusvoima. Heidän toimintakykyään on seurattu siitä alkaen. Käden puristusvoimaa on usein käytetty suurissa epidemiologisissa tutkimuksissa lihasvoiman indikaattorina siksi, että puristusvoiman mittaus on helppo tehdä ja siten toteutettavissa myös suurelle osallistujajoukolle. Vaikka kyseessä on vain yksinkertainen testi, tulokset korreloivat hyvin muiden lihasryhmien tulosten kanssa. Keski-iässä (45 68-vuotiailla) mitatun käden puristusvoiman todettiin ennustavan toiminnanvajausten riskiä 25 vuoden päähän. Henkilöillä, joilla oli huono käden puristusvoima keski-iässä, oli kaksin tai kolminkertainen riski saada myöhemmällä iällä toiminnanvajauksia verrattuna henkilöihin, joiden puristusvoima keski-iässä oli hyvä. Hyvä lihasvoima siis suojeli toiminnanvajauksilta riippumatta siitä, ilmaantuiko henkilölle sairauksia vai ei. Lihasvoima ja kuolleisuus Lihasvoiman on todettu ennustavan kuolleisuutta. Edellä kuvatussa tutkimuksessa todettiin, että kun osallistujat jaettiin kolmeen yhtä suureen ryhmään alkumittauksiensa käden puristusvoiman perusteella, kokonaiskuolleisuudessa havaittiin selkeä 148