Lihaksen voimantuotto-ominaisuudet voidaan jakaa maksimivoimaan,

Transkriptio

1 Juha Ahtiainen, Keijo Häkkinen 3.3. Hermo-lihasjärjestelmän toiminnan mittaaminen Johdanto Lihaksen voimantuotto-ominaisuudet voidaan jakaa maksimivoimaan, nopeusvoimaan ja kestovoimaan. Nämä ominaisuudet ovat osa fyysisen harjoittelun avulla saavutettavaa ja ylläpidettävää hyvinvointia. Terveyteen ja hyvinvointiin yhteydessä olevat fyysiset kunto-ominaisuudet ovat lihasten voimantuotto-ominaisuuksien lisäksi sydämen ja verenkiertoelinten kunto, notkeus sekä rasvan suhteellinen osuus kehossa. Lihasten voimantuotto-ominaisuuksien ohella muut hermo-lihasjärjestelmän toiminnot, kuten ketteryys, tasapaino, koordinaatio ja liikenopeus, ovat fyysisen kunnon osa-alueita. Lihasten voimantuotto-ominaisuudet ovat yhteydessä terveyteen, koska ne lisäävät tai ylläpitävät kehon rasvatonta painoa ja lepoaineenvaihduntaa, jotka edesauttavat painon hallinnassa. Hyvä lihaskunto ylläpitää luun massaa ehkäisten osteoporoosia ja veren sokeritasapainoa ehkäisten aikuisiän diabetesta. Riittävät lihasvoimaominaisuudet ylläpitävät lihasten toimintakykyä, jolla voi olla yhteyttä alentuneeseen loukkaantumisriskiin ja esimerkiksi alaselkäkipuihin. Erityisesti nopean voimantuoton voi olettaa parantavan tilanteen hallintaa nopeiden asennonmuutosten yhteydessä, kuten horjahtaessa. Samoin hyvä lihaskunto luo edellytyksiä selviytyä päivittäisistä toiminnoista ja siten voi vahvistaa henkilön itsetuntoa. Hermo-lihasjärjestelmän toiminnan testaamisen aiheena voi olla testattavan yksilöllisten vahvuuksien ja kehittämiskohteiden diagnosointi esimerkiksi työ- ja toimintakyvyn kannalta. Urheilussa testien avulla voidaan tehdä esimerkiksi lajianalyysia tai etsiä lahjakkuuksia. Lisäksi testien avulla voidaan arvioida harjoittelun ja kuntoutuksen tuloksellisuutta tai testit voivat toimia tieteellisen tutkimuksen välineinä. Hermo-lihasjärjestelmän tuottamaa voimaa, maksimi-, nopeus- ja kestovoimaa, tuotetaan eri tavoin eri tilanteissa. Lihasvoiman avulla voidaan urheilussa siirtää kehon painoa, vastustajaa tai välinettä erilaisilla nopeuksilla. Voimantuottoa vaaditaan erilaisissa asennoissa ja liikkeissä vaihtelevilla liikenopeuksilla. Edelleen voimantuottoa vaaditaan eri tilanteissa muutaman sadan millisekunnin nopeusvoimasuorituksista aina tuhansien toistojen kestovoimasuorituksiin saakka. Siksi tuleekin tutkia tarkoin, minkälaisia voimantuottovaatimuksia eri tehtävät ja suoritukset sisältävät, millaisia testejä käytetään ja miten hyvin eri testit kuvaavat esim. tietyn urheilulajin vaatimuksia. Vasta-aiheina hermo-lihasjärjestelmän toiminnan testaamiselle ovat muun muassa kipu, turvotus sekä nivelten instabiliteetti ja liikerajoitukset, koska ne alentavat hermolihasjärjestelmän kykyä tuottaa voimaa. Akuutissa sairaudessa tai sairaudesta toivuttaessa testejä ei tule suorittaa. Testien tulee lisäksi aina perustua vapaaehtoisuuteen. Käytettävät testit tulee valita tarkoituksenmukaisesti. Sinänsä testejä ei ole erikseen kuntoilijoille tai urheilijoille, eri ikäryhmille tai sukupuolille, vaan kaikkia testejä voi tehdä tarpeen mukaan kaikille. Testattaessa ei kuitenkaan missään tapauksessa saa vaarantaa testattavan turvallisuutta. Keijo Häkkinen Hermo-lihasjärjestelmän voimantuoton biomekaaniset tekijät Voiman lajit Voima voidaan jakaa hermo-lihasjärjestelmän motoristen yksiköiden rekrytoinnin määrän ja tavan sekä kulloistenkin energiantuottovaatimusten mukaan ohjeellisesti maksimi-, nopeus- ja kestovoimaominaisuuksiin. (Kuva , ks. s. 126) Maksimivoimasta on kyse silloin, kun lihasjännitystaso nousee maksimaaliseksi ja voimantuottoaika muodostuu näin ollen suhteellisen pitkäksi. Nopeusvoimassa on puolestaan kyse hyvin lyhyestä voimantuottoajasta ja toisaalta suuresta voimantuottonopeudesta isometrisessä supistuksessa ja/ tai suurella supistusnopeudella suoritetusta konsentrisesta ja/tai eksentrisestä lihastyöstä. Kestovoimasta on kyse silloin, kun tiettyä voimatasoa ylläpidetään suhteellisen pitkään ja/tai tiettyjä voimatasoja toistetaan peräkkäin useita kertoja suhteellisen lyhyillä palautusajoilla. Lihasten aktivointi ja EMG Lihaksen tahdonalainen supistumiskäsky alkaa isoaivojen motoriselta alueelta saapuen hermoratoja pitkin selkäytimeen, josta sähköinen käsky siirtyy motorisia hermoratoja pitkin lihakseen. Lihasaktivoinnin määrän ja ajoituksen ohella voimantuoton suuruuteen vaikuttaa lihaksen poik- 125

2 Lihasvoima Maksimivoima Nopeusvoima Kestovoima Lihassupistustapa Isometrinen Yhdistelmä Dynaaminen Eksentrinen Venymis-lyhenemissyklus Konsentrinen Kuva Voiman jaottelu eri osatekijöihin (Mukailtu lähteestä Häkkinen 1990). Aivot Keskushermoston säätely Sensoriset reseptorit Selkäydin Aktivaatio: määrä kesto/ajoitus Motoristen Afferentti- yksiköiden Voimantuotto: palaute aktivaatio maksimivoima nopeusvoima kestovoima Antagonistien koaktivaatio Lihaksen poikkipinta-ala Lihassupistustapa Lihaspituus Kuva Hermo-lihasjärjestelmän voimantuoton säätelytekijät (Häkkinen 2003). 126

3 Kuva Isometrinen maksimivoima- ja EMG-mittaus. J Y kipinta-ala, lihaspituus ja lihastyötapa. (Kuva ) Motorista hermoa ja kaikkia sen hermottamia lihassoluja kutsutaan motoriseksi yksiköksi. Motoriset yksiköt voidaan jakaa niiden toiminnan perusteella hitaisiin ja nopeisiin motorisiin yksiköihin. Keskushermoston rooli lihasten tahdonalaisessa voimantuotossa on hyvin keskeinen. Keskushermosto voi säädellä lihaksen voimantuottoa säätelemällä yksittäisten motoristen yksiköiden syttymisfrekvenssiä sekä aktiivisten motoristen yksiköiden lukumäärää. Lihaksen sähköistä aktiivisuutta voidaan mitata esimerkiksi EMG: n (elektromyografian) avulla. Lihassolujen pinnalla leviävä aktiopotentiaali välittyy solua ympäröiviin kudoksiin aina iholle asti. (Kuvat ja ) Rekisteröity EMG signaali edustaa ko. lihaksen toimivien motoristen yksiköiden yhteisaktiivisuutta. EMG kuvaa kokonaisvaltaisesti mitattavan lihaksen aktivoitumistasoa ja/tai määrää sekä ajoitusta. Mitattavan EMG signaalin suuruuteen vaikuttaa ennen kaikkea mittausanturin etäisyys signaalin lähteestä, rasvakudoksen osuus ja lihassolujakauma mittausalueella. Lihasaktiivisuutta voidaan mitata niin agonisteista (vaikuttajalihaksista), synergisteistä kuin antagonisteistakin (vastavaikuttajalihakset). Esimerkiksi polven ojennuksessa reiden ojentajalihakset toimivat agonisteina ja polven koukistajalihakset antagonisteina. Normaalisti polvea ojennettaessa agonistit aktivoituvat aikaansaaden liikkeen, mutta myös antagonistit aktivoituvat samanaikaisesti. Tätä kutsutaan agonistiaktivaation aikaiseksi antagonisti koaktivaatioksi. Erityisesti nopeissa liikkeissä, kuten heitoissa, sekä suurta tarkkuutta vaativissa liikkeissä agonistien ja antagonistien EMG-vahvistin Näyttölaite EMG-elektrodit Iho Lihassolu Motorinen hermo Kuva Kaavakuva aktiopotentiaalin leviämisestä hermosolusta lihassolulle ja lihassolua ympäröivän kudoksen kautta iholle liimattuihin EMG-elektrodeihin, joilla rekisteröidään ko. lihaksen kulloistakin tahdonalaista ja/tai reflektorista aktiivisuutta (Viitasalo ym. 1985). 127

4 aktivaatio tapahtuu kolmivaiheisesti. Aluksi agonistit aktivoituvat aikaansaaden liikkeen, myöhemmin myös antagonistit aktivoituvat jarruttaen liikettä ja lopuksi agonistit aktivoituvat uudelleen saattaen liikkeen hallitusti loppuasentoon. Tietyn aikainen ja tasoinen antagonisti koaktivaatio lisää nivelstabiliteettia liikkuessa ja suojaa nivelrakenteita vaihdettaessa liikkeiden suuntaa. Liiallinen antagonisti aktivaatio taas ehkäisee normaalien liikemallien toteuttamista toimien käsijarruna liikkeen aikana. Lihaksen kulloinenkin aktivaatiotaso on lähes suorassa yhteydessä lihaksen tuottamaan maksimivoimaan. Mitä enemmän keskushermosto pystyy aktivoimaan lihaksen motorisia yksiköitä ja mitä suurempi on kunkin yksikön syttymisfrekvenssi, sitä suurempi on lihaksen tuottama voima. (Kuva ) Näin ollen voimantestauksessa on tärkeä motivoida testattavaa tuottamaan sen hetkinen todellinen maksimivoimansa. Lihastyötavat ja voima-nopeus - riippuvuus Lihaksen supistuminen jaetaan isometriseen ja dynaamiseen lihassupistukseen, joista dynaaminen lihassupistus jaetaan vielä konsentriseen ja eksentriseen lihassupistukseen. Voimantuottoa voidaan tarkastella myös venymis-lyhenemissyklus tyyppisessä työssä, joka on useimmiten ns. luonnollista lihastyötä. Lihaksen tuottama maksimaalinen voima on suurin eksentrisessä supistuksessa ja pienin konsentrisessa, kun taas isometrisessä supistuksessa tuotetun voiman suuruus on näiden kahden puolivälissä. Eksentrisessä lihastyössä supistusnopeuden lisääntyessä lihaksen tuottama voima kasvaa, kun taas konsentrisessa lihastyössä supistusnopeuden kasvaessa voimantuotto alenee (voima-nopeus - riippuvuus). (Kuva ) Käytännössä konsentrinen vertikaalihyppy pelkällä kehon painolla sekä erisuuruisilla lisäpainoilla suoritettuna vastaa hyvin alaraajojen ojentajalihaksiston voimanopeus - käyrää. Eri kuormilla tehtävistä hypyistä voidaan laatia kuorma-hyppykorkeus - käyrä. Voima-nopeus - käyrän muotoon vaikuttaa myös lihassolujakauma. Mitä enemmän lihas sisältää nopeita lihassoluja, sitä korkeammalla voimanopeus - käyrä sijaitsee nopeuspäänsä osalta verrattuna hitaamman solujakauman omaavaan lihakseen. Voima-aika - riippuvuus Lihaksen voiman tuottamiseen kuluvaa aikaa voidaan kuvata voima-aika - käyrän avulla. Kullekin lihakselle tai li- Lihaksen EMG-aktiivisuus (mv s) Eksentrinen Voima (kg) Konsentrinen Isometrinen voima (N) Supistusnopeus (cm/s) Kuva Lihasaktiivisuuden ja voimantuoton suhde (Häkkinen 1990). Kuva Voima-nopeus - käyrä (Komi 1973). 128

5 hasryhmälle on mitattavissa maksimivoiman ohella muodoltaan yksilöllinen voima-aika - käyrä testattavan pyrkiessä tuottamaan mittaustilanteessa voimansa mahdollisimman lyhyessä ajassa. (Kuva ) Tällöin käyrän jyrkkyys on osaltaan riippuvainen siitä, kuinka testattava pystyy rekrytoimaan mahdollisimman monta, erityisesti nopeata, motorista yksikköä toimimaan mahdollisimman suurella syttymisfrekvenssillä kertasuorituksessa. Lihasten rekrytointinopeuden ohella vaikuttaa lihaksen voima-aika - käyrän muotoon myös lihaksen solujakauma. Useissa suorituksissa on tärkeää paitsi tuottaa paljon voimaa tuottaa voimaa mahdollisimman nopeasti. Maksimivoiman tuottamiseen kuluu aikaa noin 0,5 2,5 sekuntia, kun taas esim. hypyissä ja heitoissa voimantuottoaika on vain n millisekuntia. Voimantuottonopeuden lisäksi voidaan myös tarkastella relaksaatiota eli voiman laskunopeutta voimantuoton päätyttyä. Lisäksi pitkäaikaisesti tiettyä voimatasoa kyetään ylläpitämään vain tietyn ajan riippuen siitä kuinka suuresta lihasjännityksestä on kyse. Alhaisia isometrisiä jännitystasoja pystytään ylläpitämään huomattavan kauan, kun taas suuria lihasjännitystasoja vähemmän aikaa. Tämä johtuu mm. lihaksen energiavarastojen ehtymisestä, happamien aineenvaihduntatuotteiden kerääntymisestä lihakseen ja verenkierron salpautumisesta työskentelevissä lihaksissa suuren lihasjännityksen myötä. Voima-nivelkulma - riippuvuus Lihaksen tuottama voima on riippuvainen lihaspituudesta. Lihaksen pienimpien supistuvien yksiköiden eli sarkomeerien keskipituuksilla poikkisiltojen määrä aktiini- ja myosiinifilamenttien välillä on suurimmillaan, joten silloin lihas kykenee tuottamaan eniten voimaa. Tilanteissa, joissa lihas tuottaa voimaa lihasta venyttävää ulkoista voimaa vasten, vaikuttaa myös lihaksiston sidekudosrakenteiden tuottama voima suurilla lihaspituuksilla koko lihaksen voimantuottoon. Liikkuessa nivelten asennot ja siten myös lihaspituudet muuttuvat jatkuvasti, mistä johtuen erilaisissa liikkeissä tuotettu voima riippuu työskentelevistä lihaksista/lihasryhmistä ja nivelkulmista. (Kuva , ks. s. 130) Venymis-lyhenemissyklus Aktiini- ja myosiinifilamenttien välisillä poikkisilloilla ja lihaksiston sidekudosrakenteilla on kyky varastoida itseensä elastista energiaa. Tämä elastinen energia voidaan luovut- Kuva Isometrinen voima-aika - käyrä. 129

6 taa lisävoimana, mikäli aktiivista lihasta nopeasti venytettäessä eksentrisesti lihas supistuu nopeasti uudelleen konsentrisesti. Tätä kutsutaan venymis-lyhenemissyklukseksi. Osa lisävoimasta johtuu lihaksen elastisista rakenteista ja osa hermoston reflektorisesta aktivaation lisääntymisestä. Käytännössä tätä ilmiötä, nopeaa vastaliikettä ennen suoritusta, käytetään hyväksi kaikessa liikkumisessa. Vertikaalihypyissä pystytään hyppäämään korkeammalle silloin kun käytetään hyväksi esivenytystä verrattuna pelkästään konsentrisesti suoritettuun vertikaalihyppyyn. Lihas pystyy vastustamaan venytystä ja hyödyntämään elastista energiaa mitä enemmän lihas on aktivoitunut ja muodostanut venytyshetkellä poikkisiltoja filamenttien välille. Esivenytyksen voimakkuutta ja nopeutta voidaan säädellä esimerkiksi eri korkeuksilta suoritettavilla pudotushypyillä. Hyppykorkeuden kasvaessa liian suureksi ei venytystä voida enää hyödyntää johtuen hermoston inhibitorisesta (estävästä) vaikutuksesta. Voima (%) Kuva Tuotetun maksimivoiman ja alaraajan asennon välinen yhteys jalkakyykkyharjoitteessa (A) ja polven ojennuksessa (B) (Viitasalo ym. 1985). B A Nivelkulma Energialähteet lihastyön aikana Lihassolut käyttävät energian lähteenä ATP: tä (adenosiinitrifosfaatti), jota voimakkaassa lihastyössä saadaan välittömistä energialähteistä, ATP- ja KP (kreatiinifosfaatti)-varastoista sekä välillisistä energialähteistä, lähinnä hiilihydraateista. ATP- ja KP-varastot riittävät vain muutaman sekunnin työskentelyyn. Välillisistä energian lähteistä, lihassoluun kuljetettavasta glukoosista ja lihaksen glykogeenivarastoista, muodostetaan ATP: tä glykolyysin avulla anaerobisesti, ilman happea, heti lihastyön alettua. Tällöin muodostuu maitohappoa. Lihaksen happamoituminen heikentää lihaksen voimantuottoa. Glykolyysin avulla pystytään tuottamaan energiaa noin 45 sekunnin työskentelyyn. Lihastyön tehon ollessa kohtuullinen tuotetaan energiaa hapen avulla, aerobisesti. Tällöin energian lähteinä käytetään lähinnä lihasten ja maksan hiilihydraatteja ja elimistön rasvavarastoja. Lyhytkestoisessa voimakkaassa lihastyössä käytetään pääasiassa välittömiä energian lähteitä, jotka myös palautuvat parissa minuutissa lähtötasolleen. Näin ollen voiman testauksessa energialähteiden riittävyys ei yleensä muodostu keskeiseksi ongelmaksi. (Kuva ) Testauksen välittömät vaikutukset hermo-lihasjärjestelmän toimintaan Suurella intensiteetillä tapahtuvien voimatestien välitön vaikutus ilmenee käytännössä siten, että harjoittelijan hermostollinen kapasiteetti kuormitettujen lihasten maksimaaliseen tahdonalaiseen aktivointiin laskee harjoituksen väsymysvaikutusten takia noin 5 10 maksimaalisen suorituksen jälkeen. (Kuva ) Tämä voidaan havaita kuormitettujen lihasten maksimivoiman ja maksimaalisen EMG: n vähenemisenä. Tällöin kyseessä on ns. hermostollinen väsyminen. Lihasväsymys voidaan myös havaita voima-aika - käyrällä paitsi absoluuttisen maksimivoiman pienenemisenä myös systemaattisesti koko käyrän alueella loivenemisena, jolloin voimantuottoajat tietyn submaksimaalisen voimatason tuottamiseen pitenevät. Lyhyissä muutaman sekunnin suorituksissa energiaa muodostetaan välittömistä energianlähteistä, jolloin maitohappoa ei vielä muodostu. Voimantuoton keston pidentyessä muuttuvat energiavaatimukset välittömistä energialähteistä anaerobisten energialähteiden suuntaan ulottuen lopulta myös aerobisiin energialähteisiin. Maitohapon muodostumisen myötä lihaksen happamoituminen heikentää voimantuottoa (ns. lihastason väsyminen). Veren maitohappopitoisuus kuvastaa työskentelevissä lihaksissa tapahtuvaa maitohapon muodostusta. Lihaksen hap- 130

7 Voimatestaus lihassupistusten määrä ja intensiteetti palautusaika lihassupistusten välillä Hormonivaste Hermostovaste Hermo-lihasjärjestelmän kuormittuminen + Voimantuoton tilapäinen heikkeneminen Kuva Voimatestauksen vaikutus voimantuottoon (Mukaeltu lähteestä Häkkinen 1990). pamoituminen heikentää lihasentsyymien toimintaa ja lihaksen kykyä supistua. Voiman testaus voi myös lisätä hormonien, kuten adrenaliinin, erittymistä verenkiertoon ylläpitääkseen veren sokeritasapainoa ja varmistaakseen työskentelevien lihasten energian saannin. Hormonien eritys on suurimmillaan kuormituksen tehon ja keston ollessa suurta, työskenneltäessä suurilla lihasryhmillä ja suoritusten välisten palautusten ollessa lyhyehköjä. Välittömät väsymysvaikutukset tulee huomioida suunniteltaessa testien järjestystä, ajoitusta, testien välisten taukojen pituutta ja testien kokonaismäärää. Mikäli testausta väsyneessä tilassa ei katsota tarkoituksenmukaiseksi, tulee testattavalla taata riittävän pitkät palautumisajat testien välille. Harjoittelun vaikutus voimantuottoon Voimaharjoittelun myötä sekä lihasten voimantuotto että maksimaalinen aktivaatiokapasiteetti kasvaa. Hermostolliset tekijät selittävät suurelta osin voimantuoton kasvun harjoittelun alkuvaiheessa ja/tai harjoitusohjelmaa muutettaessa. Nopeusvoimaharjoittelu kehittää sekä tahdon- Liikenopeus Liikenopeus Kuorma/voima Supistuva komponentti ja hermotus Välittömät energian lähteet Kuorma/voima Kesto Anaerobiset energian lähteet Aerobiset energian lähteet Kesto Kuva Energianlähteet erityyppisessä lihastyössä (Edington & Edgerton 1976, Komi ym. 1978). 131

8 Kuva Lihaksen poikkipinta-alan suhde maksimivoimaan (Häkkinen 2003). alaista että todennäköisesti myös reflektorista säätelyjärjestelmää siten, että hermo-lihasjärjestelmän motoristen yksiköiden rekrytointi varsinkin nopeaan ja lyhytaikaiseen kertasuoritukseen lisääntyy. Harjoittelu voi myös vaikuttaa liikettä aikaansaavien lihasten (agonistit) ja niiden vastavaikuttajalihasten (antagonistit) aktivoitumisen määrään ja keskinäiseen suhteeseen (agonisti aktivaatio ja antagonisti koaktivaatio). Hermo-lihasjärjestelmän voimantuoton kasvu harjoittelun seurauksena voi selittyä paitsi agonistiaktivaation kasvulla myös osaltaan vähentyneellä antagonistien koaktivaatiolla. Tällöin hermostollinen koordinaatio paranee harjoittelun myötä eli epätarkoituksenmukainen käsijarruvaikutus vähenee liikkeen aikana. Eri lihasryhmien aktivoinnin avulla voidaan myös siirtää voimaa niveleltä toiselle. Esimerkiksi lonkkanivelen koukistajien (m. rectus femoris) ja ojentajien (m. gluteus maximus) yhteistoiminta lisää nettovaikutuksena polvinivelen ojennusvoimaa. Erittäin nopeissa liikkeissä taas agonistien ja antagonistien aktivaation ajoitus paranee mahdollistaen näin nopean liikkeen ja liikkeen pysäyttämisen. Hermostollisen säätelyn lisäksi toinen keskeinen lihaksen maksimivoimaan vaikuttava tekijä on lihaksen poikkipintaala. (Kuva ) Koko lihaksen poikkipinta-ala ja yksittäisten lihassolujen koko on yhteydessä toisiinsa samoin kuin lihaksen poikkipinta-ala sen tuottamaan voimaan. Pitkäaikaisen, useiden viikkojen tai kuukausien harjoittelun myötä myös lihaksen koon kasvu (hypertrofia) selittää voimantuoton kasvua yhä enenevässä määrin. Käytetty voimaharjoitusmenetelmä ja henkilön harjoitettavuustaso vaikuttavat kuitenkin hyvin paljon hermostollisten ja hypertrofisten mukautumismekanismien suuruuteen ja niiden keskinäiseen ajoittumiseen voimaharjoittelun kuluessa. Juha Ahtiainen ja Keijo Häkkinen Hermo-lihasjärjestelmän toiminnan mittaamisessa käytettävät laitteet Hermo-lihasjärjestelmän toimintaa mitattaessa tulee paitsi testien suorittamisessa myös erilaisten mittalaitteiden kanssa noudattaa suurta tarkkuutta. Pitkäaikaisen harjoitustaustan omaavalla henkilöllä ei pitkälläkään aikavälillä ole odotettavissa suuria muutoksia suorituskyvyssä. Toisaalta jo esimerkiksi 5 % muutos testituloksiin voi voimaurheilijalla olla merkittävä tekijä kilpailusuorituksen kannalta. Jotta muutokset kyetään luotettavasti mittaamaan, tulee mittalaitteiden tarkkuuden olla riittävä. Kategorisesti hermo-lihasjärjestelmän voimantuottoa voidaan mitata isometrisesti, jolloin nivelkulma ei muutu tai dynaamisesti, jolloin nivelkulma muuttuu liikkeen aikana. Isoinertiaalisesti (aik. isotonisesti) mitattaessa nivelkulman muutoksen nopeus ei ole vakioitu, kun taas isokineettisessä mittauksessa nivelkulman muutoksen nopeus on vakioitu. 132

9 Kuva Esimerkki venymäliuska-anturista. Voimamittauksen periaatteena on yleensä, että voimaanturiin vaikuttava mitattava voima aiheuttaa anturiin pienen muutoksen, joka saa aikaan mittauslaitteen sähköisessä piirissä voimaan verrannollisen, mitattavissa olevan muutoksen. Tällöin anturiin vaikuttava mekaaninen voima voidaan muuntaa sähköiseksi signaaliksi, jonka amplitudi on verrannollinen vaikuttavan voiman suuruuteen. Antureissa syntyvät sähköiset signaalit ovat pieniä, joten ne täytyy vahvistaa yleensä monisatakertaisesti vahvistimella. Vahvistimella myös suodatetaan signaalista häiriöitä ja voidaan asettaa signaalin 0-taso. Yleisin voimamittauksessa käytetty anturi on venymäliuska-anturi. Sen toiminta perustuu ulkoisen voiman elastiseen aineeseen aiheuttamaan muodonmuutokseen suhteessa siihen kiinnitettyihin venymäliuskoihin. Venymäliuskat ovat anturimetallin pintaan liimattavia ohuita metallikalvovastuksia, jonka vastusarvoihin anturin metallirakenteiden muodonmuutokset tuottavat muutoksia. (Kuva ) Muita käytettyjä antureita ovat kapasitiivinen anturi ja pietsosähköinen anturi, jotka perustuvat anturin kokoonpuristumiseen. Tyypillisesti voiman mittauksissa mitataan luurankolihasten tuottamaa voimaa voimadynamometreillä tai alustaan kohdistuvia reaktiovoimia voimalevyllä. Voimamittauslaitteiston luotettavuutta voidaan parantaa kalibroinneilla. Kalibroinnin avulla varmistetaan tulosten paikkaansa pitävyys ja lineaarisuus koko mittausalueella sekä pienten että suurten voimien rekisteröinnissä. Mekaniikan toisen peruslain mukaisesti voima on verrannollinen kiihtyvyyteen: F = m a, missä F = voima, m = massa ja a = massan kiihtyvyys. Dynaamisissa suorituksissa voimaa voidaan suoran mittauksen lisäksi mitata määrittelemällä massan (esim. kehon massakeskipiste) kiihtyvyys. Tällöin dynamometreillä ja muilla mittareilla voidaan mitata paitsi voiman maksimia, myös työtä, vääntömomenttia ja tehoa liikeradan eri vaiheissa. Staattisissa suorituksissa ei liikettä eikä kiihtyvyyttä synny. Voima on vektorisuure, ts. sillä on sekä suunta että suuruus. Voimaa mitattaessa on tiedettävä sen vaikutussuunta, erityisesti jos mittausanturilla voidaan mitata ainoastaan yhteen suuntaan vaikuttavaa voimaa (Kuva ) Nivelkulmaa voidaan voimanmittauksen ohella mitata goniometrin avulla. Yleisimmin käytetty kulma-anturi on potentiometrityyppiä, jossa vastusmuutokseen verrannol- A Anturiin vaikuttavan voiman suunta Anturin mittaussuunta B Anturiin vaikuttavan voiman suunta Anturin mittaussuunta Mitattu Mitattu Anturiin voima voima vaikuttava voima Kuva Anturiin vaikuttavan voiman tulee suuntautua anturin mittaaman voiman kanssa samansuuntaisesti virheellisten tulosten ehkäisemiseksi. 133

10 linen ulostulojännitteen muutos on verrannollinen kiertokulmaan. (Kuva ) Goniometreissä käytettävät potentiometrit sallivat kulman mittaamisen yhdessä tasossa. Taivutusmuodon muutoksiin (venytys, kokoon puristus) perustuvat anturit sallivat kulman mittauksen kahdessa tasossa. Samasta anturista saadaan kaksi ulostulosignaalia, jotka edustavat kulmamuutoksia toisiinsa nähden kohtisuorissa tasoissa. Voima- ja muiden signaalien mukana on aina jossain määrin taustakohinaa sekä yksittäisiä häiriöpiikkejä. Sähköverkko ja lähiympäristön sähkömoottorit, kylmäkoneet, transistorilaitteet, hakkurivirtalähteet, releet, radiopuhelimet jne. tuottavat sähköverkkoon ja ilmatilaan häiriöitä. Häiriöitä voi usein vähentää kytkemällä koko mittauslaitteisto samaan pistorasiaan sekä käyttämällä erilaisia maadoitusratkaisuja. Lähtösignaalin tulisi olla mahdollisimman voimakas. Ennen analyysia signaalia tulisi suodattaa kuitenkaan vääristämättä signaalin alkuperäistä muotoa. Analyysiohjelmat voivat sisältää erityyppisiä digitaalisuodattimia, yksinkertaisin ohjelmallinen suodatustapa on liukuva keskiarvo. Vahvistimen analogisesta signaalista voidaan ottaa tasavälein näytteitä tietokoneeseen liitetyllä AD-muunninkortilla, joka muuntaa analogisen signaalin digitaaliseen muotoon. Näytteenottotaajuus on yleensä Hz. AD-muunninkortin toimintoja hallitaan tiedonkeruu tietokoneohjelman avulla. Analyysiohjelman avulla taas kerätystä tiedosta voidaan käsitellä signaalia edelleen ja analysoida halutut parametrit. Muita voimantuotto-ominaisuuksien testauksessa käytettäviä laitteita ovat esimerkiksi valokennot ja kontaktimatot. Valokennot lähettävät muutaman metrin päähän ohuen infrapunasäteen, jonka katkaisu käynnistää tai lopettaa ajan mittauksen. Joissakin laitteissa tarvitaan myös heijastava peili vastapäätä valokennoa. Valokennoja käytetään hyväksi mm. heittoporteissa ja valomatoissa. Valomaton muodostaa kaksi lattiatasoon vastakkain asetettavaa palkkia, joiden sisään on koteloituna valokennorivistö. Vastakkain asetetut palkit muodostavat valoverhon, jonka lävistäminen tuottaa ulostulosignaalin (on-off ) mekaanisen kytkimen tapaan. Toinen palkeista sisältää kapeakeilaisen infrapunalähettimen ja vastaanotinkennot, joista saadaan ulostulosignaali. Vastakkainen palkki toimii aktiivisena peilinä. Valomaton avulla voidaan toistettavasti mitata kontaktiaikoja juoksussa. Valomatto edellyttää erittäin tasaista alustaa, koska sen valokeilan korkeus vaikuttaa kontaktiaikamittauksiin. Riippuen valokeilan korkeudesta alus- taan nähden antaa valomatto esimerkiksi juoksussa todellisuutta pidempiä kontaktiaikoja. Kontaktimatot on yleensä rakennettu kontaktiliuskoista, joiden yhdistyminen käynnistää tai lopettaa ajan mittauksen. Kontaktimatoilla mitataan esimerkiksi kontakti- ja lentoaikoja vertikaalihypyissä. Testauksen toistettavuuden parantaminen Ennen testaamista tulee pohtia käytettävien testien toistettavuutta ja luotettavuutta eri voimantuoton ominaisuuksien mittaamisessa. Pohdinnan kohteena tulee olla myös käytössä olevien mittausmenetelmien ja välineiden mahdollisuudet mitata haluttua ominaisuutta. Mitä ominaisuuksia testattava tarvitsee, miten kyseisiä ominaisuuksia on pyritty kehittämään ja mitä eri testejä tarvitaan? Ovatko testimenetelmät herkkiä mittaamaan harjoittelun tai harjoittelemattomuuden vaikutuksia? Voidaanko isometrisellä, isoinertiaalisella ja isokineettisellä menetelmällä mitata samoja voimantuoton ominaisuuksia? Esimerkiksi harjoittelun aiheuttamat muutokset voimantuotossa eivät välttämättä tule esiin samansuuruisina eri menetelmillä mitatessa. Kuva Potentiometrin toimintaperiaate. Esimerkiksi jännite-ero A: n ja C: välillä on 10V ( = 360 ) ja B: n ja C: n välillä 4V ( = X ). Tällöin mitattu kulma on: 360 (4 V 10 V -1 ) =

11 Hermo-lihasjärjestelmän voimantuoton testaamisessa tulee ottaa huomioon seuraavia seikkoja: Joka vaiheessa tulee ensisijaisesti pitää huolta testattavan turvallisuudesta. Testilaitteet on oltava kunnossa ja tarvittaessa testeissä on käytettävä avustajia. Voimantuotto on spesifiä tietylle lihakselle tai lihasryhmälle, lihassupistustavalle (isometrinen, konsentrinen, eksentrinen), lihassupistuksen nopeudelle ja nivelkulmille. Tulosten toistettavuuden parantamiseksi tarvitaan totuttautumista suoritettaviin testiliikkeisiin. Testien toistettavuuteen vaikuttaa mm. yksilöllinen biologinen vaihtelu suorituskyvyssä samalla henkilöllä eri päivinä. Vaihteluvälin keskiarvo perättäisillä maksimivoimatesteillä on ollut tutkimuksissa 3 6 % luokkaa. Niinpä lihasvoimamittauksissa 5 %: n toistettavuus mahdollistaa seurannassa luotettavan lihasvoimamuutosten arvioinnin. Toistettavuuteen voi vaikuttaa myös menetelmävirheet, kuten eri testaajien vaikutus tuloksiin, virheet testien suorituksessa ja mittalaitteiden tarkkuus. Testien toistettavuutta voidaan mitata laskemalla esim. variaatio- tai korrelaatiokertoimia eri testien, testikertojen tai testaajien välillä. Testauksen toistettavuuteen vaikuttavat: 1. Testattava. Testattavien harjoitustausta vaikuttaa suuresti testituloksiin sekä yksittäisissä testeissä että pitkän aikavälin seurannassa. Testituloksiin vaikuttaa lisäksi mm. yksilön motorinen koordinaatio, lihassolusuhde ja hormonitoiminta. Suorituskyky voi vaihdella vuorokauden ja/tai vuodenajan mukaan, joten testit tulisi ajoittaa samaan vuorokauden ja/ tai vuoden aikaan. Testiliikkeisiin tottumaton tarvitsee testien harjoittelua, jotta välittömät oppimisen vaikutukset tuloksiin vähenevät. Testattavan tulee olla motivoitunut testien maksimaaliseen toteuttamiseen, mikä vaatii asianmukaista kannustusta. Testattava tarvitsee riittävästi lepoa eri suoritusten välillä. Kuormitus ja ravitsemus ennen testiä ja testin aikana tulee ottaa huomioon, samoin kuin testattavan mahdollisesti käyttämä lääkitys. Testattavan tulee olla terveenä ennen testiä ja testien aikana. 2. Testilaitteet. Voimaa voidaan testata sekä laboratiivisesti että ns. käytännön testein. Laboratiivisissä testeissä tarkoilla mittalaitteilla voidaan tutkia esimerkiksi lihasaktivaatiota, tehoa, nopeutta, voimaa jne. suorituksen eri vaiheissa. Kenttätesteissä taas suorituksen analyysi rajoittuu yleensä lopputulokseen, kuten esimerkiksi mitattuun maksimivoiman suuruuteen (kg), heittomatkaan tai hyppykorkeuteen. Laboratoriotestien etu kenttätesteihin verrattuna on testien parempi toistettavuus, kenttätestien etuna voi olla puolestaan testien lajinomaisuus. Voiman testauksessa käytettävät laitteet vaikuttavat testituloksiin, sillä esim. kuntosalilaitteet voivat olla vakiovastuksella tai ns. muuttuvan vastuksen periaatteella toimivia. Testitulokset ovatkin aina laitekohtaisia. Joissakin tapauksissa laitteiden koko voi aiheuttaa ongelmia, esim. testattaessa lapsia. Vapaita painoja käytettäessä tulee olla varma kuorman todellisesta painosta sekä oikeasta suoritustekniikasta. Kuorma samoin kuin kaikki käytettävissä olevat mittauslaitteet tulee olla kalibroitavissa. 3. Testaaja. Testaajan tulee olla selvillä testien tarkoituksesta, testattavan ominaisuuksista ja testilaitteiden toiminnasta. Testaajan tulee ohjeistaa selkeästi testattava testien suoritukseen ja tarvittaessa avustaa testien suorittamisessa. Motivointi testitilanteessa tulee olla samankaltaista eri testattavilla ja testikerroilla. Testattavan tulee tuntea olonsa turvalliseksi testauksen aikana. Testaajan vastuulla on suoritusten kontrollointi ja tarvittaessa virheellisten suoritusten hylkääminen. 4. Ympäristö. Hermo-lihasjärjestelmän toiminnan testit tehdään pääsääntöisesti sisätiloissa. Testitilan tulee olla häiriötön ja testitarkoitukseen soveltuva. Ilman kosteuden ja lämpötilan tulee olla tarkoituksenmukainen. Ulkona testattaessa ilman lämpötila ja kosteus sekä tuuliolosuhteet vaikuttavat testitulokseen. Iän, sukupuolen ja ympäristön olosuhteiden vaikutukset testaamiseen ja testituloksiin Lapset Hermo-lihasjärjestelmän voimantuotto kasvaa lapsuudessa luonnostaan kasvun myötä ilman erityistä voimaharjoittelua. Poikien ja tyttöjen välinen ero voimantuotossa on pieni ikävuoteen asti. Sen jälkeen tyttöjen voimataso kasvaa luonnostaan hyvin vähän, kun taas pojilla murrosiässä maksimivoima alkaa voimakkaasti lisääntyä hormonaalisista syistä johtuen. Lapsia testataan yleensä koulussa, mutta myös vapaaajan liikunnan yhteydessä ja terveydenhuollon piirissä. Yleensä käytetyt hermo-lihasjärjestelmän toiminnan testit ovat kenttätestejä, joilla testataan fyysistä kuntoa terveys- 135

12 lähtökohtaisesti. Tällaisia testejä ovat mm. leuanveto, etunojapunnerrukset, vatsalihastestit (lihasvoima- ja kestävyys), kurotustesti istuen (notkeus) ja sukkulajuoksu 10 5 m (ketteryys). Lapsilla voidaan kuitenkin käyttää mitä tahansa muitakin testejä kulloisenkin tarpeen mukaan. Samoin kuin aikuisille myös lapsille on hyvä tuki- ja liikuntaelimistön kunto tärkeää. Lapset tarvitsevat kuitenkin aikuisia enemmän totuttautumista testeihin tuottaakseen maksimaalisen suorituksen. Hermo-lihasjärjestelmän toiminnan testeissä tulee huomioida, että lapsilla on anaerobinen suorituskyky huonompi aikuisiin nähden johtuen lähinnä heikommasta glykogeenin käyttökyvystä ja maitohapon sietokyvystä. Testeillä voi olla myös kasvatuksellinen merkitys lapsille ja nuorille. Testien avulla lapsi voi oppia paremmin tuntemaan itseään ja kehonsa fyysisiä ominaisuuksia. Ikääntyneet Ikääntyneiden hermo-lihasjärjestelmän toiminnan testausta puoltavat monet seikat. Hyvä lihaskunto voi ehkäistä toimintakyvyn heikkenemistä ja ikääntymisen vaikutuksia lihasten suorituskykyyn. Hyvä lihaskunto voi myös parantaa liikkumista ja edesauttaa selviytymistä päivittäisistä toiminnoista sekä parantaa siten osaltaan elämän laatua entistä pidemmän aikaa. (Kuva ) Ikääntymisen myötä elimistössä tapahtuu solukatoa. Ikääntymismuutokset suoritus- ja toimintakyvyssä tapahtuvat kuitenkin yksilöllisesti. Ikääntymisen myötä tapahtuu elimistössä biologisia muutoksia, jotka vaikuttavat myös hermo-lihasjärjestelmän toimintaan ja jotka tulee huomioida testauksessa. Ikääntyessä mm. Lihasmassa vähenee nopeiden ja hitaiden lihassolujen koon pienentyessä. Myös lihassolujen lukumäärä vähenee. Nopeiden lihassolujen määrä vähenee enemmän suhteessa hitaisiin. Hermostossa vähenee hermosolujen lukumäärä ja koko. Samalla sidekudoksen osuus hermostossa kasvaa sekä hermon johtonopeus ja ärsytyskynnys nousevat. Motoristen yksiköiden koko kasvaa ja tarkkojen liikkeiden tuottamisesta tulee vaikeampaa ja tasapaino heikkenee. Myös kyky aktivoida maksimaalisesti erityisesti nopeita lihassoluja heikkenee. Lihasten ATP-, KP- ja glykogeenivarastot vähenevät sekä entsyymien tehokkuus vähenee, jolloin väsyminen on nopeampaa. Luun massa vähenee, luusto heikkenee ja murtumien vaara kasvaa. Sidekudosten, kuten jänteiden, jäykkyys kasvaa ja elastisuus vähenee. Maksimivoima (%) Miehet Naiset Ikä Kuva Maksimivoima, sukupuoli ja ikä. 136

13 Rasvan suhteellinen osuus yleensä lisääntyy, mikä tosin on paljolti yhteydessä elintapoihin. Verenpaine nousee. Ikääntymisen myötä lisääntyvät yleensä myös erilaiset sairaudet. Testauksessa tulee ottaa huomioon myös mahdollisesti piilevät sairaudet, kuten sydämen ja verenkiertoelinten sairaudet, aineenvaihduntasairaudet sekä tuki- ja liikuntaelimistön sairaudet. Monesti on vaikea erotella, johtuvatko ikääntymismuutokset liikunnan määrän ja/tai tehon vähenemisestä, ikääntymisestä itsestään vai kroonisista sairauksista. Ikääntymisen vaikutuksia lihasten voimantuottoon voidaan hidastaa, sillä hermo-lihasjärjestelmän voimantuottoominaisuudet kasvavat harjoittelun myötä kaiken ikäisillä. Ikääntyneillä voimantuotto laskee erityisesti inaktiivisuuden ja vähentyneen lihasmassan myötä. Ikääntymisen vaikutusten myötä saattaa esiintyä nivelten liikeratojen rajoituksia, jotka on myös huomioitava testauksessa. Ikääntyneiden testauksessa korostuu ohjauksen tarve. Mahdollisesti heikentyneestä alaraajojen voimasta ja tasapainon häiriöistä johtuen ikääntyneet tarvitsevat enemmän totuttelua testeihin, lämmittelyä ennen testejä sekä rohkaisua maksimaaliseen suoritukseen. Sukupuoli Naisilla ylävartalon voimantuotto on % ja alavartalon % miesten voimantuotosta. Sukupuolten välisestä voimaerosta suurin osa selittyy rasvattoman kehon painon erolla. Myös hermostollisessa säätelyssä voi olla eroja sukupuolten välillä. Verrattaessa mieheen naisilla on alavartalossa enemmän lihasmassaa kuin ylävartalossa. Naiset ehkä myös käyttävät alavartaloaan enemmän kuin ylävartaloaan päivittäisissä toiminnoissa. Siitä johtuen sukupuolten välinen voimaero korostuu ylävartalon lihasryhmissä, kun taas alavartalon lihasryhmien voimantuotossa ei eroja juurikaan ole. Lihassolusuhteessa ei sukupuolten välillä ole eroja, mutta naisilla solukoko on miehiä pienempi erityisesti nopeissa, tyypin II lihassoluissa. Voimaharjoittelulla on samanlainen vaikutus sekä miehille että naisille. Miehillä suurempi testosteronin eritys selittää suuremman lihasmassan kasvun ja siten myös voimantuoton kasvun pitkällä aikavälillä. Naisilla lihasmassan kasvu on pitkällä aikavälillä absoluuttisesti miehiä vähäisempää. Harjoittelun myötä lihasten aktivointi paranee naisilla samoin kuin miehillä ja sukupuolten väliset erot voimantuotossa vähenevät. Kuukautiskierto voi vaikuttaa naisilla suorituskykyyn yksilöllisesti. Joillakin naisilla suorituskyky on parhaimmillaan heti kierron alkuvaiheessa aina kierron puoliväliin asti. Täten olisi suositeltavaa ajoittaa testit kuukautiskierron alkuvaiheeseen. Ympäristö Voimaharjoitteissa elimistön energian kulutus kasvaa lyhyeksi ajaksi kertaa suuremmaksi perusaineenvaihduntaan verrattuna. Vaikkakin energian kulutus ja myös lämmöntuotto kohoaa hetkittäisesti erittäin korkeaksi, ei ympäristön kuumuus kuitenkaan lyhytkestoisessa testauksessa tuota suuria ongelmia. Testattavan tulee huolehtia nestetasapainosta ennen testiä ja sen aikana, sillä jo 2 % vaje kehon nestetasapainossa vaikuttaa suorituskykyyn. Suola- ja elektrolyyttitasapainosta huolehtiminen voi estää lihaskramppeja. Kylmässä sympaattinen aktiivisuus kasvaa ja siten verenpaine kasvaa. Kylmässä hiussuonet supistuvat ja siten myös lihaskramppien riski kasvaa. Vaatetuksella voidaan tarvittaessa kompensoida ympäristön lämpötilaa. Kengät tulisi kuitenkin eri testikerroilla olla samat, sillä ne voivat vaikuttaa mm. nivelkulmiin tai jousto-ominaisuuksiin. Kuumansietokyky on lapsilla heikompi kuin aikuisilla. Myös vanhuksilla on kuumansietokyky heikentynyt. Naisilla kuumansietokyky voi olla miehiä huonompi johtuen naisten heikommasta kyvystä hikoilla, mutta kylmänsietokyky voi olla puolestaan parempi johtuen suuremmasta kehon rasvan määrästä. Testitulosten tulkinta ja palautteen anto Avainasiana testitulosten tulkinnassa ja testipalautteen annossa on tietää testattavan omat tavoitteet, mittausmenetelmien toistettavuus sekä erilaisten harjoitusohjelmien vaikutukset voimantuoton kehittymiseen. Testitulosten tulkinnassa huomioidaan eri testien tulokset kokonaisuudessaan, eikä yksittäisestä testituloksesta tule tehdä liian pitkälle meneviä johtopäätöksiä. Testistö muodostuu useiden eri ominaisuuksia mittaavien testien sekä samaa ominaisuutta eri tavalla mittaavien testien kokonaisuudesta. Testitulokset voidaan esittää suhteessa samaa populaatiota edustaviin henkilöihin eli väestönormiin perustuviin viitearvoihin. Tällöin tulos kertoo sen, kuinka testitulokset suhteutuvat muihin saman testin tehneisiin henkilöihin. Tämän testattavat haluavat yleensä tietääkin. Tulokset voivat myös olla keinona testattavan kehityskohtei- 137

14 den ja vahvuuksien kartoittamisessa. Testipalautetta annettaessa tulee tarkastella kriittisesti sitä otosta, josta viitearvot on tilastollisesti laskettu. Kriittisesti tulee tarkastella, kuinka laaja otos on eri ikäryhmissä ja sukupuolilla, millaisia testattavat ovat olleet lähtötasoltaan sekä milloin ja missä testit on tehty. Väestönormeihin perustuen ei voida suoraan ottaa kantaa siihen mikä on yksilölle riittävä tulos tai mihin tulokseen tulisi pyrkiä. Jollekin tietylle henkilölle voi keskiarvoon yltävä testitulos olla lahjakkuuteensa nähden huipputulos, kun taas lahjakas henkilö voi yltää samaan helposti. Väestönormiin perustuva viitearvo ei myöskään kerro mikä olisi riittävä tulos terveyden kannalta. Kuinka vahvat vartalon lihasten tulisi olla ehkäistäkseen alaselkäkipuja? Kuinka suuri puoliero raajojen tai ojentaja-koukistaja lihasten välillä on hyväksyttävää? Kriteeriarvoja, ns. terveysperusteisia suositusarvoja lihasvoimatestien osalta ei juuri ole saatavilla. Väestönormiin perustuva luokitus ei myöskään kerro mikä on riittävä voimataso henkilön työssä selviytymiseen tai tietyssä urheilulajissa menestymiseen. Edellä mainituista syistä johtuen ei ole mielekästä ilmaista tuloksia suhteessa normaaliin tai keskimääräiseen. Ei myöskään ole välttämättä mielekästä käyttää väestöotosten tulosten perusteella kuntoluokkia, jotka jakavat testattavat hyvä- tai huonokuntoisiin. Testitulokset tulisikin ilmaista suhteessa henkilön hyvinvointiin, ei niinkään suorituskykyyn. Tällöin testipalaute voitaisiin esittää kuntoluokkien sijaan esimerkiksi asteikolla; tavoiteltava, hyväksyttävä, minimaalinen, ei toivottava. Oleellisinta on kuitenkin seurata yksilön/yksilöllisten tulosten kehittymistä pitkällä aikavälillä. Urheilussa lajianalyysiin perustuvien testien palaute voidaan esittää esim. suhteessa saman lajin urheilijoilla tehtyjen testien viitearvoihin tai kyseisen testin keskiarvoon. Testistöstä voidaan myös laatia testiprofiili, josta voidaan vertailla eri testattavien tuloksia toisiinsa. Myös testitulosten seuranta pitkällä aikavälillä on erittäin perusteltua ja välttämätöntä. Iän ja sukupuolen ohella testattavan koko vaikuttaa voimantuoton suuruuteen, sillä voimantuottoon vaikuttaa lihasten poikkipinta-ala. Yksilöllisiä muutoksia voidaan mitata absoluuttisina voimatasoina (esim. kilogrammoina), mutta yksilöiden välisissä vertailuissa tulokset voi olla perusteltua suhteuttaa kehon painoon, kehon rasvattomaan painoon tai suorituksessa käytettävien lihasten poikkipinta-alaan. Kehon painoon suhteutettu voima voi siis periaatteessa kasvaa lisäämällä voimantuottoa tai vähentämällä kehon painoa, edellyttäen ettei menetetystä kehon painosta lihasmassalla ole merkittävää osuutta eikä painonpudotus muutenkaan kuormita liikaa esimerkiksi elimistön nestetasapainoa. Lihasten kokoa ja sen muutosta voidaan mitata esimerkiksi ultraäänen avulla. Lihaksen paksuuden mittaaminen on helppo ja nopea menetelmä määrittää henkilön lihaksen kokoa. Suorituksissa, joissa täytyy liikuttaa omaa kehoaan (esim. hypyt ja juoksut) tai kehon painolla on muulla tavalla merkitystä (esim. painoluokkalajit), suhteutettu voima on tärkeää. Sen sijaan suorituksissa, joissa voimaa tuotetaan välineeseen (esim. yleisurheilun heitot) tai voimaa ei tarvitse käyttää kehon painon kannattamiseen (esim. pyöräily, soutu) on absoluuttisilla voima-arvoilla suurempi merkitys Maksimivoima Maksimivoimalla tarkoitetaan suurinta yksilöllistä voimatasoa, jonka lihas tai lihasryhmä tuottaa tahdonalaisessa kertasupistuksessa ilman että voimantuottoon kulunut aika olisi rajoittava tekijä. Lihaksen tai lihasryhmän tuottama maksimivoima (engl. maximal strength) voidaan ilmaista kansainvälisten standardimittayksiköiden mukaisesti tuotettuna maksimaalisena voimatasona (engl. maximal force) Newtoneina (N) tai kilogrammoina (kg) tai vääntömomenttina (engl. torque), jolloin yksikkönä on Newtonmetri (Nm). Maksimivoiman mittaamisessa maksimaaliseen voimantuottoon kuluva aika vaihtelee eri tilanteissa. Maksimaalisen voimatason saavuttamiseen voi kulua aikaa staattisella tai dynaamisella lihastyöllä n. 0,5 2,5 sekuntia riippuen lihastyötavasta, mitattavasta lihasryhmästä, testattavan harjoitustaustasta, sukupuolesta ja iästä. Edellytyksenä maksimivoiman tuottamiselle on testiliikkeiden osaaminen. Voiman mittauksen kannalta oleellista on kontrolloida voimantuoton kohdistuminen mittausantureihin nähden. Voimantuoton mittaus on spesifiä eli kullakin testillä voidaan mitata vain tiettyä hermo-lihasjärjestelmän voimantuotto-ominaisuutta. Isometriset maksimivoimatestit Maksimaalista tahdonalaista isometristä voimantuottoa voidaan mitata erilaisten voimadynamometrien avulla. Isometrisillä testeillä voidaan mitata erittäin tarkasti tietyn lihaksen 138

15 tai lihasryhmän voimantuottoa tietyllä nivelkulmalla. Testituloksista voidaan esimerkiksi seurata kuntoutumista tai niitä voidaan käyttää perustietona laji/urheilija-analyysissä. Isometrisen voimantuoton mittaamisen etuna on: hyvä toistettavuus testaus ei yleensä vaadi testattavalta erityistä taitoa testit ovat helposti suoritettavia ja turvallisia testit eivät välttämättä vaadi kovin kalliita laitteita voidaan testata mitä tahansa tiettyä lihasta tai lihasryhmää Isometrisessä maksimivoimamittauksessa testattava tuottaa voimaa niin paljon (ja niin lyhyessä ajassa) kuin mahdollista liikkumatonta kohdetta vastaan. Voimantuotto mitataan esim. erilaisilla voimalevyillä, jotka mittaavat tuotettua voimaa yhdessä tai useammassa suunnassa. Voiman huippuarvo voidaan lukea vahvistimen näytöltä tai saadusta voimasignaalista voidaan oskilloskoopin ja/tai erityisen voima-analyysitietokoneohjelman avulla analysoida esimerkiksi tuotetun voiman huippuarvo ja sen tuottamiseen kulunut aika. Mikäli isometrinen maksimivoima on tuotettu niin lyhyessä ajassa kuin mahdollista, voidaan suorituksesta lisäksi analysoida voimantuoton nopeutta ns. voimaaika - käyrän muodon analyysin avulla. Submaksimaalisilla voimatasoilla (esimerkiksi 25, 50 ja 75 % maksimista) voidaan EMG analyysin avulla määrittää lihasaktiivisuus eri voimatasoilla. Lihasaktiivisuus on suorassa yhteydessä lihaksen tuottamaan voimaan. Harjoittelun myötä lihasaktiivisuus submaksimaalisilla voimatasoilla voi alentua eli hermo-lihasjärjestelmän koordinaation parantuessa lihastyön tuottaminen taloudellistuu. Isometrinen maksimivoima on suuresti riippuvainen lihasten poikkipinta-alasta. Erikokoisten testattavien absoluuttisten voimatasojen vertailu ei siksi ole välttämättä mielekästä. Isometrinen voimantuotto on spesifiä mitattavalle lihasryhmälle ja käytetylle nivelkulmalle, joten isometristen voimatestien tulosten yleistettävyys koko kehon voimantuotto-ominaisuuksiin on rajoitettua. Isometrisen maksimivoiman mittauksessa tulee olla erityisen tarkka nivelkulmien vakioinnin suhteen. Nivelkulmat määritetään goniometrin avulla. Yleensä testeissä käytetään niitä nivelkulmia, joilla mitattavien lihasten voimantuotto on suurinta, esim. 107 polven ojentajalihaksilla. Testi aloitetaan muutamalla lämmittelysuorituksella, jolloin lihasjännitystä nostetaan asteittain kohti maksimia. Kun testattava on valmis testiin, aloitetaan varsinaiset testisuoritukset. VALMIINA komennolla testattava tietää suorituksen alkavan hetken kuluttua ja hän voi valmistautua suoritukseen vetämällä keuhkot täyteen ilmaa. Tässä vaiheessa voimaa ei vielä tuoteta lainkaan. PAINA komennolla testattava alkaa tuottamaan voimaa niin paljon ja niin lyhyessä ajassa kuin mahdollista. Voimantuotto jatkuu maksimaalisena 3 4 sekuntia. SEIS komennolla testattava lopettaa voimantuoton. Noin 90 % maksimivoimatasosta kyetään tuottamaan yleensä ensimmäisen 2 sekunnin aikana. Testissä ei tule sallia nykäisevää suoritusta voimantuoton lopussa. Testisuorituksia tehdään vähintään kolme kappaletta tai kunnes voimataso ei enää kohoa 5 % enempää. Palautumisaikaa suoritusten välillä tulee olla testattavasta lihaksesta tai lihasryhmästä riippuen vähintään 1 2 minuuttia. Testattavalle annetaan välittömästi suorituksen jälkeen palaute saavutetusta voiman huippuarvosta. Tulos ilmoitetaan kiloina (kg) tai Newtoneina (N). Laitteissa, joissa tapahtuu vääntöä nivelen suhteen (esim. polven ojennus) tulokset voidaan ilmaista vääntömomenttina (M), kilogrammametreinä (kgm) tai Newtonmetreinä (Nm). M = vipuvarren pituus l tuotettu voima F. Isometrisellä mittausmenetelmällä on myös tietyt rajoituksensa. Urheilijoilla tehdyissä tutkimuksissa isometrisellä voimantuotolla ei ole aina ollut yhteyttä urheilijan suorituskykyyn, eikä isometrisen voimantuoton mittaamisella välttämättä pystytä erottelemaan huipputasolla olevia saman lajin urheilijoita. Rajoituksena isometrisellä voimamittauksella saattaa olla sen heikohko yhteys mitata testattavan kykyä tuottaa voimaa dynaamisesti. Ihmisen liikkuminen on luonteeltaan dynaamista lihastyötä ja dynaaminen ja isometrinen suoritus poikkeaa toisistaan mekaanisesti ja hermostollisesti. Dynaaminen suoritus sisältää yleensä elastisen energian hyväksikäyttöä (venymis-lyhenemissyklus). Motoriset yksiköt aktivoituvat ja niiden syttymistaajuus on erilainen isometrisessä ja dynaamisessa suorituksessa. Isometrisillä voimatesteillä voi olla myös rajoituksensa mitata dynaamisessa voimantuotossa tapahtuvia muutoksia, erityisesti jos testattava on jo harjoitellut lähelle suorituskykynsä maksimia. Mittauslaitteiston toistettavuutta voidaan parantaa asianmukaisilla kalibroinneilla, joilla selvitetään tulosten paikkaansa pitävyys koko mittausalueella. Kalibrointi suoritetaan aika ajoin. Sen sijaan mittauslaitteen nollaus on varmistettava ja tarvittaessa tehtävä ennen jokaista mittausta. 139

16 Alaraajojen bilateraalinen ojennus Jalkalihasten voima on tärkeä yleisen liikkumiskyvyn ja toiminnallisen terveyden osa. Siitä tulee erityisen tärkeä ominaisuus iän myötä. Puristus tehdään tietyltä nivelkulmalta, jonka määräävät laitteen säätövara, käytössä olevat vertailutulokset ja testattavan urheilulaji. Yleensä käytetään 90, 107 tai 110 asteen polvikulmaa. Suorituksessa vartalo on hiukan etukumarassa, kädet tukevasti kädensijoissa, ristiselkä kiinni selkänojassa. Takamus ei saa nousta suorituksen aikana penkistä, tarvittaessa asento voidaan varmistaa lantion penkkiin sitovan vyön avulla. Levyä painetaan koko jalkaterällä, levy pystyasennossa. (Kuva , ks. s. 127) Suoritus voidaan tehdä myös esimerkiksi ns. Smith-laitteessa, jossa levytanko kulkee ohjainten varassa sallien liikkeen vain vertikaalisuuntaan. Tällöin asento on jalkakyykkyä vastaava. Lukittaessa tanko tietylle korkeudelle voidaan voimantuotto alustaan nähden mitata voimalevyjen avulla. Polvikulman lisäksi tulee kontrolloida myös lonkan kulma. Asennon tulee olla ryhdikäs suorituksen aikana. (Kuva ) Polven ojennus ja koukistus Ojennuksessa testattava istuu penkissä polvinivel 107 tai 110 asteen kulmassa tiukasti kiinni penkin etureunassa, ristiselkä tukevasti selkänojassa ja kädet kädensijoilla. Lantion liike on estetty tukivyön avulla. Nilkkatuki/pehmuste asennetaan koskettamaan osittain jalkapöytää, suurimman paineen kohdistuessa kuitenkin sääriluun alueelle. Koukistuksessa voidaan käyttää samaa nivelkulmaa kuin ojennuksessa. Suoritusasento on muuten täysin sama kuin edellisessä, mutta jalat ovat tuettu myös reisien päältä, estäen näin jalkojen nousun koukistusvaiheessa. Nilkkatuen/ pehmusteen paikka on hieman kantaluun yläpuolella samalla korkeudella kuin ojennuksessa. Saaduista tuloksista voidaan määrittää ojennus-koukistussuhde, jota voidaan käyttää esimerkiksi lihastasapainon arvioinnissa. Nilkkojen ojennus Pohjelihasten testauksessa voidaan käyttää samaa laitetta kuin ojentajien mittauksessa. Testattava istuu penkissä jalat polvinivelistä suorina, nilkkakulma 90 astetta. Asento on sopivan tiukka, kun anturiin kohdistuu omaa painoa vastaava esijännitys. Maksimaalinen puristus tehdään vain pohjelihaksia käyttäen. Polvet eivät saa koukistua suorituksen aikana. Samoin kuin alaraajojen ojennus myös nilkkojen ojennus voidaan suorittaa Smith-laitteessa. Testattava seisoo ryh- 140 Kuva Voimanmittaus Smith-laitteessa. Kuva Vartalon isometrinen ojennus. J Y

17 Taulukko Isometrisen vartalon ojennuksen ja koukistuksen viitearvot. Tulokset on esitetty suhteessa kehon painoon MIEHET ikä Vatsa % alle yli 110 Selkä % alle yli Vatsa % alle yli 110 Selkä % alle yli Vatsa % alle yli 105 Selkä % alle yli Vatsa % alle yli 100 Selkä % alle yli 115 NAISET ikä Vatsa % alle yli 95 Selkä % alle yli Vatsa % alle yli 90 Selkä % alle yli Vatsa % alle yli 85 Selkä % alle yli Vatsa % alle yli 80 Selkä % alle yli 100 dikkäästi jalat suorina voimalevyjen päällä. Päkiät ovat pienellä korokkeella, josta kohottaudutaan pohjelihasten avulla ylös. Tanko lukitaan sille korkeudelle, missä testattavan nilkat ovat 90 asteen kulmassa suorituksen aikana. Vartalon koukistus ja ojennus Vartalon koukistus (vatsalihakset). Vartalon lihasvoima on tärkeää liikkumisen, asennon ryhdikkyyden sekä selkä- ja muiden vaivojen ehkäisyn kannalta. Testattava nojaa koko vartalollaan (selkä, jalat) laitteen tukiin. Vartalo sovitetaan laitteeseen kapealla laudalla, laudan yläreunan tulee olla hiukan solisluiden alapuolella ja alareunan rintalastan miekkalisäkkeen korkeudella. Lauta työnnetään rintakehään kiinni ja lukitaan niin kireälle, että testattava ei pysty liikkumaan. Lauta ei kuitenkaan saa vaikeuttaa hengittämistä. Mahdollinen polvituki asetetaan polvilumpioiden yläpuolelle. Käsivarret ovat vapaasti vartalon sivuilla. Testattavaa kehotetaan painamaan ylävartaloa maksimaalisesti lautaa vasten. Suoritusta ei saa auttaa työntämällä lautaa käsillä tai olkavarsilla. Kädet voivat kuitenkin jännittyä suorituksen aikana. Jalat pidetään puristuksen aikana suorina, jalkapohjat kokonaan alustassa. Vartalon ojennus (selkälihakset). Testaus suoritetaan samalla tavoin kuin vartalon koukistajalihasten testauksessa. Laudan korkeus ja etäisyys ovat samat kuin vartalon koukistuksessa. Testattavaa kehotetaan painamaan hartioilla lautaa/pantaa taaksepäin maksimaalisesti. Kädet pidetään sivuilla, jalat suorina ja jalkapohjat alustassa. (Kuva ) Isometrisen vartalon ojennuksen ja koukistuksen viitearvot on esitetty taulukossa Olkavarren ojennus ja koukistus Testi voidaan tehdä istuen erityisellä testipenkillä, jossa selkänoja, kyynärtuki ja voimadynamometriin kytketty rannetuki voidaan säätää yksilöllisesti. (Kuva , ks. s. 142) Kyynärnivel on 90 asteen kulmassa. Koukistajien testissä kämmenet ovat ylöspäin tai keskiasennossa peukalot ylöspäin. Ojentajien testissä kämmenet ovat alaspäin. Suorituksen 141

18 aikana vartalon on pysyttävä suorassa ja hartioiden tulee pysyä liikkumattomina. Penkkipunnerrus Isometrinen penkkipunnerrus voidaan tehdä Smith-laitteessa. (Kuva ) Testattavan alustaan suorituksen aikana tuottama voima mitataan voimalevyn avulla. Tanko lukitaan n cm rinnan yläpuolelle suurin piirtein miekkalisäkkeen kohdalle. Oteleveyttä muuttamalla kyynärnivel asetetaan 90 asteen kulmaan. Penkkipunnerruksessa tulee vakioida suoritusasento, selkä voi olla hieman kaarella ja jalat tukevasti alustalla. Takamuksen tulee pysyä penkissä kiinni suorituksen aikana. Testaus voidaan kohdistaa eri lihasryhmille muuttamalla penkin kallistuskulmaa. Penkin selkänojan ollessa 90 asteen kulmassa kohdistuu kuormitus hartian lihaksille. Puristusvoima Riittävä käden puristusvoima on tarpeen monien päivittäisten tehtävien suorittamisessa kuten tölkkien ja pullojen avaamisessa, pistotulppien irrottamisessa ja kaiteista kiinnipitämisessä. Puristusvoiman mittauksessa käytetään voimadynamometriä, jossa käsikahvan etäisyyttä voidaan säätää. Maksimaalinen suoritus voidaan tehdä seisten tai istuen kyynärnivel 90 asteen kulmassa. Kyynärnivel voi olla myös tuettuna alustaan. Vartalon ja hartioiden tulee pysyä liikkumattomina suorituksen aikana. Testissä voidaan verrata oikean ja vasemman käden puristusvoimaa. Taulukoissa on esitetty maksimivoimatestien viitearvoja. Isokineettiset voimamittausmenetelmät Isokineettisellä mittauksella tarkoitetaan mittausta, jossa mitattavan liikkeen nopeus on vakioitu. Yleisimmin mitataan polven ojennus-koukistusliikettä, jossa liike rajoittuu vain yhteen niveleen. Nykyisillä laitteistoilla voidaan mitata esimerkiksi koko alaraajan voimaa, vartalon fleksio- ja ekstensiovoimaa ja olkanivelen eri liikesuuntien voimaa. Isokineettisen mittauksen aikana liikenopeus, siis teoreettisesti raajan liikenopeus, on vakio suorituksen aikana. Isokineettistä voimanmittausta on käytetty erityisesti kliinisissä tarkoituksissa diagnostisena menetelmänä ja kuntoutuksen apuvälineenä. Isokineettisiä mittausmenetelmiä ei ole maailmanlaajuisesti standardoitu, joten käytössä on hyvin monenlaisia tapoja mitata isokineettistä voimantuottoa. Isokineettistä voimantuottoa voidaan mitata siihen tarkoitukseen suunnitelluilla laitteilla, jotka tosin ovat erittäin kalliita verrattu- 142 J Y Kuva Isometrinen hauiskääntö voimapenkissä. Kuva Penkkipunnerrus Smith-laitteessa. J Y

19 Taulukko Isometristen maksimivoimatestien viitearvoja jalkojen ojennukseen. Tulos on kehon painoon suhteutettu voima (kg kg -1 ). Jalkojen ojennus º Jääkiekko 7,0 8,0 9,5 10,0 11,5 Painonnosto 8,0 9,0 11,0 12,0 13,0 Mäkihyppy 7,0 8,0 9,5 10,0 11,5 Kuntoilijat (m) 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 Kuntoilijat (n) 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 Taulukko Isometristen maksimivoimatestien viitearvoja vartalon ojennukseen ja koukistukseen. Tulos on kehon painoon suhteutettu voima (kg kg -1 ). Vartalon ojennus (selkälihasten maksimivoima) Jääkiekko 1,1 1,2 1,4 1,6 1,8 Painonnosto 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Mäkihyppy 1,1 1,2 1,4 1,6 1,8 Kuntoilijat (m) 0,9 1,0 1,1 1,2 1,4 Kuntoilijat (n) 0,9 1,0 1,1 1,2 1,4 Vartalon koukistus (vatsalihasten maksimivoima) Jääkiekko 0,9 1,0 1,2 1,3 1,5 Painonnosto 1,0 1,2 1,3 1,5 1,6 Mäkihyppy 0,9 1,0 1,2 1,3 1,5 Kuntoilijat (m) 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 Kuntoilijat (n) 0,6 0,7 0,8 1,0 1,1 na muihin voiman testauksessa käytettäviin laitteisiin. Isokineettisiä laitevalmistajia on markkinoilla useita. Laitteiden tekniset ominaisuudet ja ratkaisut vaihtelevat. Näin ollen mittaustulokset ovat varsin laitekohtaisia. Isokineettisessä voimanmittauksessa voidaan analysoida voimasignaalista voiman huippuarvo, voimantuotto eri nivelkulmilla, keskimääräinen vääntömomentti suorituksen aikana, työn määrä, voiman impulssi sekä huippu- ja keskimääräinen teho. Menetelmä mahdollistaa esimerkiksi vääntömomentin mittaamisen eri nivelkulmilla (voimanhuippuarvo ja voimantuotto ajan suhteen) ja agonisti-antagonistilihasten voimantuoton vertailun. Useissa laitemerkeissä lasketaan liikelaajuuden keskiarvoista vääntömomenttia, työtä ja tehoa. Näiden virhemahdollisuudet ovat laskennallisesti hyvin suuret eikä toistettavuus ole kovin hyvä. Yleensä mittauksissa kannattaa käyttää absoluuttista eikä kehon painoon suhteutettua vääntömomenttia. Jotkin laitteet ottavat laskennallisesti huomioon maan vetovoiman vaikutuksen tulokseen. Tuloksissa tarvitaan yleensä Nm (noin 5 15 % maksimivoimasta) korjaus maan vetovoiman vaikutuksen vuoksi, kun testattavan voimantuotto on hyvin alhainen. Usein liikkeen alussa ominaisvärähtelystä johtuvat voimapiikit häiritsevät todellista mittausta. Liikkeen alkuosa voidaan jättää laskennasta pois tai poistaa häiriöt voimasignaalista laskennallisesti tietojen käsittelyssä. 143

20 Taulukko Seuraavat viiteravot on koottu Tampereen urheilulääkäriasemalla/ukk-instituutissa mitatuista Urheilijoiden luuntiheys -tutkimukseen osallistuneista naisista. Suurin osa testatuista kuului omassa lajissaan 30 Suomen parhaimman joukkoon. Viitearvot on luotu keskiarvojen ja keskihajontojen perusteella, 3 = keskiarvo ja -hajonta ± SD, ja tästä ylemmät ja alemmat luokat + tai SD. Tulos on kehon painoon suhteutettu voima (kg kg -1 ) Voimanostajat (n = 9) Vatsa 0,63 0,77 0,91 1,05 1,19 Selkä 1,01 1,19 1,37 1,55 1,73 Jalat 2,03 2,63 3,23 3,83 4,43 Luistelijat (n = 14) Vatsa 0,58 0,75 0,92 1,09 1,26 Selkä 0,95 1,09 1,22 1,35 1,49 Jalat 2,13 2,44 2,75 3,06 3,37 Pyöräilijät (n = 29) Vatsa 0,48 0,62 0,76 0,90 1,04 Selkä 0,86 0,97 1,08 1,19 1,30 Jalat 1,82 2,19 2,56 2,75 3,05 Aerobicohjaajat (n = 27) Vatsa 0,55 0,71 0,87 1,03 1,19 Selkä 0,97 1,11 1,25 1,39 1,53 Jalat 1,85 2,15 2,45 2,75 3,05 Squash-pelaajat (n = 17) Vatsa 0,47 0,67 0,87 1,07 1,27 Selkä 1,04 1,18 1,32 1,46 1,60 Jalat 1,74 2,12 2,50 2,88 3,26 Hiihtäjät (n = 28) Vatsa 0,54 0,69 0,84 0,99 1,14 Selkä 0,92 1,05 1,18 1,31 1,44 Jalat 1,91 2,16 2,41 2,66 2,91 Painonnostajat (n = 18) Vatsa 0,59 0,73 0,87 1,01 1,15 Selkä 0,83 1,02 1,21 1,40 1,59 Jalat 2,13 2,51 2,89 3,27 3,65 Suunnistajat (n = 30) Vatsa 0,54 0,67 0,80 0,93 1,06 Selkä 0,92 1,03 1,14 1,25 1,36 Jalat 1,87 2,17 2,47 2,77 3,07 1 = heikko, 2 = välttävä, 3 = keskitasoinen, 4 = hyvä, 5 = erittäin hyvä 144