Suoran maksimaalisen hapenottotestin anatomia Kuva: KIHU 55
KUNTOTESTAUS Teksti: JUSSI MIKKOLA Laadukkaan kuntotestauksen avulla voidaan löytää selityksiä tuloksen taustalle. Testaamisella voidaan suunnata harjoittelua kunkin yksilön kannalta olennaisiin asioihin, lisätä harjoittelun tuottavuutta ja parantaa suorituskykyä. Maksimaalista hapenottokykyä on perinteisesti pidetty tärkeimpänä yksittäisenä kestävyyskunnon indikaattorina. Erityisesti kestävyysurheilijoilla maksimaalista hapenottokykyä on mitattu Suomessakin jo 1970-luvulta lähtien. Nykyisellä niin sanotulla pitkällä suoralla testillä, jossa kuormitustasoa nostetaan tyypillisesti 2 4 minuutin välein, voidaan määrittää myös muita kestävyyssuorituskykyyn vaikuttavia tekijöitä, lukuun ottamatta anaerobisia ja voimantuotto-ominaisuuksia (kuvio 1). Maksimaalisen hapenottokyvyn testaamisessa, kuten muussakin testaamisessa, on suositeltava noudattaa koko testausprosessin kattavia hyviä käytäntöjä (Kuntotestauksen hyvät käytännöt, LTS, 2010). Tässä artikkelissa käydään läpi testausprosessia urheilijatestauksen näkökulmasta, mutta toki pääperiaatteet pätevät muunkin väestön testaamiseen. Mitä ja miten testataan? Pitkäkestoisessa kestävyyssuorituksessa energiaa tuotetaan pääasiassa aerobisten hapetusreaktioiden kautta. Maksimaalisessa hapenkulutustestissä perusideana on arvioida tätä aerobista energiantuottokapasiteettia mittaamalla sisään- ja uloshengitysilman kaasupitoisuuksia (happi ja hiilidioksidi) ja hengitettävää ilmamäärää (ventilaatio eli keuhkotuuletus) nousevatehoisessa kuormituksessa. Lisäksi testissä mitataan kapillaariveren laktaattipitoisuutta anaerobisen (hapettoman) energiantuotannon arvioimiseksi. Usein kuormitus tapahtuu juoksumatolla tai erilaisilla ergometreillä ja kuormitusta nostetaan kevyestä lihastyöstä portaittain 2 4 minuutin välein urheilijan subjektiiviseen maksimiin asti. Testin kesto on tyypillisesti 20 30 minuuttia. Urheilijoilla testaus pyritään tekemään mahdollisimman lajinomaisesti koska maksimaalinen hapenottokyky on lajispesifi. Toisin sanoen urheilijat pääsevät korkeimpaan hapenottoon sillä testaustavalla, jolla he harjoittelevatkin eniten. Vaikka perimällä on suuri vaikutus maksimaaliseen hapenottokykyyn ja sen harjoitusvasteisiin, hapenottokykyä kuitenkin pääsääntöisesti pystytään oikeinsuunnitellulla harjoittelulla kehittämään. Urheilijoiden testauksen erityispiirteitä miksi suoraan testiin? Jokapäiväisen valmentajan seurannan lisäksi urheilijan ominaisuuksien kehittymisen ja harjoitustilan seurannassa on hyvä käyttää mahdollisimman objektiivisia testausmenetelmiä. Nousevatehoinen suora testi onkin hyvä työkalu kestävyyden eri osa-alueiden kehityksen seuraamisessa. Eri harjoituskausilla painotettujen ominaisuuksien kehittymistä / kehittymättömyyttä olisi hyvä kontrolloida testeillä ja tätä kautta voidaan arvioida harjoittelun tuottavuutta. Joskus suoralla testillä haetaan vastauksia erilaisiin urheilijan ongelmantilanteisiin suorituskyvyssä. KUVIO 1. Kestävyyssuorituskykyyn vaikuttavia tekijöitä. 56 LIIKUNTA & TIEDE 51 2 3/ 2014
Usein näihin ongelmatilanteisiin liittyy lääketieteellisiä seikkoja (esimerkiksi hengitykseen liittyvät ongelmat, muun muassa rasitusastma), jolloin testauksessa ja konsultoinnissa pitää olla mukana asiantuntijalääkäri. Nuorta urheilijaa testattaessa sekä urheilija että hänen valmentajansa voivat testien avulla oppia urheilijan vahvuuksia ja toisaalta kartoittaa myös heikommat ominaisuudet. Tällöin harjoittelua voidaan suunnata yksilön tarpeiden mukaan. Tyypillisesti urheilu-uran vaihe ohjaa testausta eli nuorempana testataan enemmän perusominaisuuksia ja huippuvaihetta lähestyttäessä testaus siirtyy lajinomaisempaan suuntaan. Huippu-urheilijoiden testaus onkin usein yksilöllisesti räätälöityä muun muassa lajinomaisuusvaatimusten takia, jolloin testauksen tulkinta on haasteellista ja viitearvoja on niukasti jos ollenkaan. KUVIO 2. Kestävyysominaisuuksien jaottelu suomalaisessa kestävyysvalmennuksessa (AerK = aerobinen kynnys, AnK = anaerobinen kynnys, VO2MAX = maksimaalinen hapenottokyky). Muokattu Kuntotestauksen käsikirjasta. Testausprosessin kulku Ennen suoraa testiä testattavalle valitaan tarkoituksenmukainen testi, tehdään riskikartoitus (esitietolomake terveyskyselyineen), ja arvioidaan tarvitaanko paikalle testaajan lisäksi asiantuntijalääkäri. Testattavalle selvitetään testin kulku ja turvallisuusohjeet seikkaperäisesti. Testattava myös antaa kirjallisen suostumuksensa testaamisella suostumuslomakkeella, jossa on selitetty muun muassa testin riskit ja hyödyt. Testattavalle on myös annettava testiin valmistautumisohjeet päiviä ennen testin tekemistä. Urheilijoilla on oleellista, että he tulevat testiin aina samanlaisessa kuormitus/harjoitustilassa eli tyypillisesti parin kevyemmän harjoituspäivän jälkeen. Lisäksi ennen testiä olisi varmistettava että testattava on nukkunut, syönyt ja juonut asianmukaisesti ennen testiä sekä ottanut tarvittavat lääkitykset. Yleisterveys muun muassa flunssien suhteen on myös varmistettava ennen testiä. Testiprotokollaa valittaessa (aloituskuorma, kuormien kesto ja nostot) on otettava huomioon testattavan kuntotaso ja tausta (ikä, sukupuoli, harjoitustausta, mahdolliset aikaisemmat testit). Erityisesti testin aloitus täytyy tehdä riittävän matalalta teholta, jotta testitulosten tulkinta voidaan tehdä luotettavasti. Testin aikana testaaja usein antaa palautetta urheilijalle testin etenemisestä siinä määrin kuin urheilija sitä haluaa. Testin loputtua testaajan olisi hyvä antaa nopea palaute, jos se on mahdollista. Toisaalta epäselvissä tilanteissa on parempi analysoida tulokset kunnolla kuin antaa epämääräistä palautetta. Mitä elimistössä tapahtuu nousevatehoisessa testissä ja mihin kynnysmääritykset perustuvat? Suomalaisessa kestävyysvalmennuksessa harjoittelun tehon kontrolloinnissa käytetään elimistön energia-aineenvaihdunnan muutoksiin perustuvia aerobista ja anaerobista kynnystä (kuvio 2). Elimistö pyrkii mukautumaan nousevatehoisen testin aikana lisääntyneisiin energiantuottovaatimuksiin lisäämällä sekä aerobista ja anaerobista energiantuotantoa, mutta pääosa kestävyyssuorituksen energiasta tuotetaan hapetusreaktioiden avulla aerobisesti. Suoritustehon lisääntyessä anaerobinen energiantuotto lisääntyy ja siinä syntynyt maitohappo hajoaa laktaatti- ja vetyioneiksi lihassolussa, josta ne diffusoituvat vereen. Laktaatti on substraatti, jota tuotetaan ja eliminoidaan koko ajan eli sitä voidaan käyttää uudestaan energianlähteenä lihaksissa, sydämessä ja munuaisissa oksidaation avulla. Lisäksi maksa pystyy muodostamaan laktaatista glukoosia. Vetyioni sen sijaan lisää elimistön happamuutta ja häiritsee omalta osaltaan lihasten suorituskykyä ja aiheuttaa väsymystä. Elimistö pyrkii puskuroimaan vetyioneja muun muassa veren bikarbonaattien avulla, jolloin veren hiilidioksidipitoisuus lisääntyy. Tämä taas johtaa ventilaation kasvuun, jolla pyritään pienentämään lisääntynyttä veren hiilidioksidipitoisuutta. Testin alussa, niin sanotulla peruskestävyysalueella maitohapon tuotto- ja eliminaatio ovat tasapainossa, happamuus ei kasva ja ventilaatio nousee lineaarisesti kuormitustehon noustessa. Peruskestävyysalueella kestävyysurheilija käyttää energiantuotannossa suhteellisesti enemmän rasvoja kuin hiilihydraatteja. Testin edetessä suoritustehon noustessa maitohapon tuotto ja eliminaatio kasvavat ja veren laktaattipitoisuus nousee perustasosta. Tätä siirtymävaihetta kutsutaan ensimmäiseksi laktaattikynnykseksi. Usein samaan aikaan tapahtuu myös ventilaation epälineaarinen nousu suhteessa hapenkulutukseen (ensimmäinen ventilaatiokynnys), joka johtunee maitohapon puskuroinnin aiheuttamasta veren hiilidioksidipitoisuuden noususta. Perinteisesti suomalaisessa kestävyysvalmennuksessa käytetty aerobinen kynnys on laktaattikynnyksen ja ensimmäisen ventilaatiokynnyksen yhdistelmä. Aerobisen kynnystehon jälkeen hiilihydraattien suhteellinen osuus energianlähteenä kasvaa vähitellen muun muassa hormonaalisen säätelyn ja lisääntyneen nopeiden lihassolujen rekrytoinnin takia. Elimistön happamuus ei vielä tällä niin sanotulla 57
KUNTOTESTAUS vauhtikestävyysalueella vielä juurikaan nouse. Testin jatkuessa ja suoritustehon noustessa elimistön maitohapon (ja laktaatin) tuotto kasvaa niin suureksi, että laktaatin eliminaationopeus ei enää riitä ja laktaattipitoisuus nousee jyrkästi (toinen laktaattikynnys). Kasvanut vetyionipitoisuus ja sen puskurointi kasvattaa voimakkaasti myös ventilaatiota (sekä suhteessa hapenkulutukseen että hiilidioksidintuottoon). Tätä kutsutaan respiratoriseksi kompensaatiokynnykseksi (RCP) tai kuormitusperäiseksi hyperventilaatioksi. Puskurointivaatimusten lisäksi ventilaation muutoksiin tässä vaiheessa vaikuttavat myös useat muut tekijät. Suomessa perinteisesti käytetty anaerobinen kynnys on toisen laktaattikynnyksen ja toisen ventilaatiokynnyksen yhdistelmä. Anaero bisen kynnyksen jälkeistä aluetta maksimaaliseen aerobiseen tehoon asti kutsutaan maksikestävyysalueeksi ja tällöin elimistön happamuus nousee selvästi. Aerobisen ja anaerobisen kynnyksen määrittäminen siis perustuu elimistön energia-aineenvaihdunnassa tapahtuviin muutoksiin suoritustehon lisääntyessä. Harjoitteluohjeita antaessa on kuitenkin muistettava, että kynnykset eivät ole yksittäisiä syketai tehoarvoja vaan pikemminkin siirtymävaiheita, joiden aikana elimistössä tapahtuu fysiologisia muutoksia. On kuitenkin huomattava, että maailmalla kuormitusfysiologiassa käytetään useita erilaisia ventilaatio- ja laktaattikynnyksiä. Kirjallisuuteen tutustuessa on syytä olla tarkkana mistä kynnyksestä on kulloinkin kysymys, jotta vältytään sekaannuksilta. Suomessa kynnysmääritykset ovat yli kaksikymmentä vuotta perustuneet Aunolan ja Ruskon tekemiin tutkimuksiin, joista Aunola julkaisi vuonna 1991 väitöskirjansa. Näissä kynnysmäärityksissä otetaan huomioon sekä hengityskaasuissa että laktaatissa tapahtuvat muutokset. Nämä muutokset osuvat kuitenkin harvoin juuri samoille ajankohdille testin edetessä, jolloin kynnysmääritykset ovat kompromisseja ja pohjautuvat pitkälle testaajan subjektiiviseen tulkintaan. Lisäksi joissain suorien testin protokollissa on suhteellisen isot kuormannostot mikä lisää kynnysanalyysin sensitiivisyysongelmaa, koska kynnyksiä joudutaan määrittämään kuormien väleihin. Yksittäisistä protokollista erityisesti sauvakävelyn perinteinen protokolla on ongelmallinen, koska siinä käytetään isoja kuormitusportaita ja välillä tehoa nostetaan sekä nopeuden että kulman ja välillä pelkästään kulman avulla. Tämä johtaa usein siihen, että ventilaatiokynnykset osuvat nopeudenlisäyksiin, koska työfrekvenssi (askeltiheys) vaikuttaa ventilaatioon. Osittain näiden tekijöiden takia Suomessakin pyritään urheilijatestausverkoston toimesta päivittämään kynnysmäärityksiä ja testiprotokollia. Mitä testistä analysoidaan? Testin maksimityö (esitetään yleensä nopeutena, teho na tai teoreettisena hapenkulutuksena) kuvaa kestävyyssuorituskykyä. Kestävyyssuorituskykyyn vaikuttavat maksimaalinen hapenottokyky, suorituksen taloudellisuus, pitkäaikainen kestävyys (kynnystasot) ja hermolihasjärjestelmän voimantuotto-ominaisuudet (kuvio 1). Kestävyyssuorituskyvyn pitäisi urheilijoilla parantua kohti kilpailukautta harjoitustehojen noustessa ja toisaalta kokonaisharjoittelumäärän vähentyessä. Maksimaalinen hapenkulutus määritetään usein testin suurimman hapenkulutusminuutin keskiarvona. Maksimaalinen hapenottokyky kuvaa elimistön hapellista energiantuottokapasiteettia. Tämä kapasiteetti muodostuu hengitys- ja verenkiertoelimistön kyvystä kuljettaa happea lihaksille sekä lihasten kyvystä käyttää happea energiantuotantoon. Hapenottokyky voidaan ilmoittaa sekä absoluuttisena arvona (l/min) että painoon suhteutettuna (ml/kg/min). Absoluuttinen arvo on merkityksellinen erityisesti välinelajeissa, joissa kehonpaino ei tarvitse nostaa/kannatella (esim. soutu, melonta, ratapyöräily) kun taas painoon suhteutettu hapenottokyky on oleellinen muun muassa kestävyysjuoksussa. Maantiepyöräilyssä ja hiihdossa matkat ja rataprofiilit vaikuttavat oleellisesti absoluuttisen ja kehonpainoon suhteutetun hapenoton painoarvoon. Maksimaaliseen hapenottokykyyn ja sen harjoitettavuuteen vaikuttaa vahvasti perimä. Lisäksi testattavan ikä, sukupuoli, työskentelevän lihasmassan määrä, testaustapa, kuormituksen kesto ja kuormitusmalli vaikuttavat mitattuun hapenottokykyyn. Hyvin harjoitelleella aikuiskestävyysurheilijoilla muutokset hapenottokyvyssä ovat suhteellisen pieniä ja hapenottokyky usein paranee kohti kilpailukautta samoin kuin kestävyyssuorituskykykin. Kynnystöiden suhteita maksimityöhön voidaan käyttää apuna harjoittelun painopistealueiden suuntaamisessa. Jos kynnystyöt ovat alhaisia suhteessa maksimiin pitää harjoittelua suunnata perus- ja/tai vauhtikestävyysalueelle. Jos taas kynnykset ovat korkealla suhteessa maksimiin, on urheilijan kehitettävä Huippu-urheilijoiden testaus on usein yksilöllisesti räätälöityä muun muassa lajinomaisuusvaatimusten takia, jolloin testauksen tulkinta on haasteellista ja viitearvoja on niukasti jos ollenkaan. 58 LIIKUNTA & TIEDE 51 2 3/ 2014
maksimikestävyysaluetta ja/tai voima- sekä nopeusominaisuuksia kestävyyssuorituskyvyn optimoimiseksi. Joillakin kestävyysurheilijoilla nimenomaan puutteelliset hermolihasjärjestelmän voimantuottoominaisuudet voivat rajoittaa kestävyyssuorituskykyä. Erityisesti pitkäkestoisissa kilpailuissa suorituksen taloudellisuudella on suuri merkitys lopputulokseen. Suorituksen taloudellisuutta voidaan arvioida mitatun hapenkulutuksen avulla alle anaerobisen kynnyksen työtehoilla, koska tällöin pääosa suoritukseen tarvittavasta energiasta tuotetaan hapen avulla. Käytännössä mitä pienempi hapenkulutus on tietyllä vauhdilla, sitä parempi on suorituksen taloudellisuus. Suorituksen taloudellisuudessa on huomioitava, että se on sekä laji- että nopeusspesifi. Kilpaurheilun kannalta tämä tarkoittaa sitä, että olennaisinta on urheilijan lajinomainen taloudellisuus kilpailuvauhdeilla. Kestävyysurheilijat parantavat kestävyyssuorituskykyään aikuisiällä usein juuri suorituksen taloudellisuuden kehittymisen kautta ei niinkään maksimaalisen hapenoton kehittymisen kautta. Jos testattavalta on vanhoja testejä, testissä mitattavia muuttujia (laktaatti, syke, hapenkulutus, ventilaatio, hengitysfrekvenssi, hengitysosamäärä jne.) on hedelmällistä vertailla samoilla työkuormilla esimerkiksi graafisesti, jolloin voidaan seurata tarkemmin kestävyyden eri alueiden kehittymistä tai arvioida urheilijan kuormitustilaa. Esimerkiksi ylikuntotilaan ajautuneella urheilijalla heikentyneen suorituskyvyn lisäksi sekä submaksimaaliset että maksimilaktaatit voivat olla alhaiset ja maksimisykekin jää alhaiseksi. Yksittäisten muuttujien tarkastelussa ja niiden perusteella tehtävien johtopäätösten tekemisessä on kuitenkin oltava kriittinen. Tarkastelussa on huomattava myös mittaustarkkuudet, mahdolliset virhelähteet sekä mietittävä mikä on lajisuorituskyvyn kannalta oleellista mahdollisten virhetulkintojen välttämiseksi. Testitulosten tulkinnassa ei pidä sortua näpertelyyn. tämän lauseen voisi poistaa! Huomion arvoinen seikka suoran testin tuloksia analysoidessa on tarkistaa muutokset kehonpainossa. Isoilla muutoksilla kehonpainossa on kohtuuttoman suuri merkitys suoran testin tuloksiin etenkin jos testiprotokolla on ns. mäkimalli, jolloin kuormitusta lisätään pääsääntöisesti kulman, ei niinkään vauhdin avulla. Ja luonnollisesti painonvaihtelut vaikuttavat merkittävästi myös hapenkulutukseen ja suorituksen taloudellisuuteen esimerkiksi juoksutestissä, jossa arvot pääsääntöisesti ilmoitetaan painoon suhteutettuna. Testaaja ei (välttämättä) ole valmentaja Yleisesti testipalautetta antaessa urheilijalle korostuu testaajan, valmentajan ja urheilijan yhteistyö, koska usein testaaja ei ole urheilijan edustaman lajin asiantuntija eikä tunne lajin harjoituskulttuuria riittävän hyvin. Tällöin on oleellista että valmentaja osallistuu aktiivisesti testitulosten tulkintaan ja johtopäätösten tekemiseen. Ylipäätään testaajan olisi hyvä olla tietoinen urheilijan harjoittelusta ja yleistilanteesta ennen testiä, jotta testaaja pystyy antamaan laadukkaan palautteen. Usein palautteenanto saattaa olla haasteellista viitearvojen puuttumisen tai niiden vanhentumisen takia (laji on muuttunut). Testaustuloksia tulkittaessa on kuitenkin muistettava että testit ovat testejä viimekädessä kilpailutulokset ratkaisevat. Kilpailutulos on se keskeisin tulos, mitä pyritään parantamaan, mutta laadukkaan kuntotestauksen kautta voidaan löytää selityksiä tuloksen taustalle. Oikein toteutettuna testaamisella osana harjoittelun seurantaa voidaan välttää turhia virheitä ja suunnata harjoittelua kunkin yksilön kannalta olennaisiin asioihin ja tätä kautta lisätä harjoittelun tuottavuutta ja parantaa suorituskykyä. JUSSI MIKKOLA, LitM Urheilufysiologian asiantuntija Kilpa- ja huippu-urheilun tutkimuskeskus sähköposti: jussi.mikkola@kihu.fi KIRJALLISUUS: Aunola, S. 1991. Aerobic and anaerobic thresholds as tools for estimating submaximal endurance capacity. Turku. Publications of the social insurance institution 109. Faude O, Kindermann W, Meyer T. 2009. Lactate threshold concepts: how valid are they? Sports Medicine 39 (6), 469 90. Kuntotestauksen hyvät käytännöt. 2010. Liikuntatieteellinen Seura ry. Meyer T, Lucía A, Earnest CP, Kindermann W. 2005. A conceptual framework for performance diagnosis and training prescription from submaximal gas exchange parameters--theory and application. International Journal of Sports Medicine 26 Suppl 1, S38 48. Nummela, A. 2004. Kestävyysominaisuuksien mittaaminen. Teoksessa: Keskinen KL, Häkkinen K., Kallinen M (toim). Kuntotestauksen käsikirja. Helsinki. Liikuntatieteellinen Seuran julkaisu nro 156, 51 78. Paavolainen L. 1999. Neuromuscular characteristics and muscle power as determinants of running performance in endurance athletes. Studies in sport, physical education and health 63. University of Jyväskylä. 59