Neljän viikon HIIT-intervention vaikutus 16-19 vuotiaiden nuorten kestävyyskuntoon ja valtimojäykkyyteen Henna Hiisijärvi Pro gradu -tutkielma Liikuntalääketiede Itä-Suomen yliopisto Lääketieteen laitos Toukokuu 2019
Itä-Suomen yliopisto, Terveystieteen tiedekunta, Lääketieteen laitos Liikuntalääketiede HIISIJÄRVI, HENNA: Neljän viikon HIIT-intervention vaikutus 16-19-vuotiaiden nuorten kestävyyskuntoon ja valtimojäykkyyteen Pro gradu -tutkielma, 58 sivua Ohjaajat: FT Eero Haapala, FT Niina Lintu Toukokuu 2019 Avainsanat: Suorituskyky, nuoret, valtimoterveys, intervalliharjoittelu Korkeaintensiteettisen liikunnan vaikutuksista nuorten kestävyyskuntoon tiedetään jo melko paljon, mutta tutkimustulokset liikunnan intensiteetin vaikutuksista nuorten valtimojäykkyyteen ovat vajavaisia ja osin ristiriitaisia. Matala kestävyyskunto sekä vähäinen fyysinen aktiivisuus on aikaisemmissa tutkimuksissa yhdistetty suurempaan valtimojäykkyyteen eri ikäisillä. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää korkeaintensiteettisen liikunnan vaikutuksia kestävyyskuntoon ja valtimojäykkyyteen 16-19-vuotiailla nuorilla. Tutkimuksen aineisto pohjautui NEEDS-tutkimukseen, joka toteutettiin Jyväskylässä vuosina 2016-2017. Yhteensä 31 (16 tyttöä ja 15 poikaa) iältään 16-19- vuotiasta nuorta osallistui tutkimukseen. Tutkittavilta mitattiin kehonkoostumus bioimpedanssilaitteella, aortan pulssiaallon nopeus ja augmentaatioindeksi valtimojäykkyyden kuvaajina kajoamattomalla oskillometrisella pulssiaaltoanalyysilla, sekä huippuhapenkulutus (VO2peak) hengityskaasuanalysaattorilla maksimaalisen polkupyöräergometritestin aikana. Interventioryhmä suoritti 4 viikkoa kestävän ohjatun HIIT-harjoitusohjelman. HIIT-interventioon kuului 3 ohjattua viikoittaista harjoitusta kasvavalla intensiteetillä. Tutkimuksen aineisto analysoitiin varianssianalyysillä sekä riippuvien otosten t-testillä SPSS-ohjelman avulla. Interventioryhmän VO2peak kasvoi keskimäärin 120 ml/min (p=0,61) ja pulssiaallon nopeus hidastui 0,15 m/s (p=0,197) neljän viikon intervention aikana. Kontrolliryhmän VO2peak kasvoi seuranta-aikana keskimäärin 83 ml/min (p=0,249) ja pulssiaallon nopeus hidastui 0,05 m/s (p=0,612). Ryhmien välinen ero ei ollut tilastollisesti merkitsevä (p=0,837) HIIT-interventiolla ei havaittu tilastollisesti merkitsevää vaikutusta nuorten kestävyyskuntoon ja valtimojäykkyyteen. Tarkempi tarkastelu kuitenkin osoitti, että jo neljän viikon interventiolla saattaa olla myönteisiä vaikutuksia sekä huippuhapenkulutukseen että valtimojäykkyyteen.
UNIVERSITY OF EASTERN FINLAND, Faculty of Health Sciences School of Medicine Exercise medicine HIISIJÄRVI, HENNA: The effects of 4-week HIIT-intervention on aerobic fitness and arterial stiffness Thesis, 58 pages Tutors: Eero Haapala PhD, Niina Lintu PhD May 2019 Keywords: Physical fitness, adolescent, vascular stiffness, interval training Knowledge of the effects of high intensity exercise on aerobic fitness in adolescents has already been established. However, there is still limited number of studies on the associations of high intensity exercise and arterial stiffness in adolescents. Low aerobic fitness and inadequate physical activity has in previous studies been linked to greater arterial stiffness in different age groups. Therefore, the aim of this study was to study the effects of high intensity interval training (HIIT) on aerobic fitness and arterial stiffness in adolescents aged 16-19 years. The study is based on the data collected in the Neural Effects of Exercise, Diet and Sleep (NEEDS) Study in 2016-2017 in Jyväskylä. Altogether 31 adolescents participated in the study (16 girls and 15 boys); all from Jyväskylä high schools. Participants were 16-19 years old. Body composition was measured with bioimpedance device and arterial health with a non-invasive oscillometric pulse wave analysis device. The peak oxygen uptake (VO2peak) was measured with the maximal cycle ergometer test with a respiratory gas analyzer. All statistical analyses were performed using SPSS Statistics (IBM SPSS Statistics 25.0 for Macintosh). Data was analyzed with analysis of variance (ANOVA) and independentsamples t-test. The intervention group performed a 4-week HIIT protocol. The protocol consisted of 3 guided lessons per week and the intensity of the workout grew during the period. The change in the average VO2peak in the intervention group was +120 ml/min (p=0,61) and in the pulse wave velocity (PWV) -0,15 m/s (p=0,197). The change in the average VO2peak in the control group was +83 ml/min (p=0,249) and in the PWV -0,05 m/s (p=0,612). The difference between groups was not statistically significant (p=0,837) The HIIT intervention was not associated with an increased VO2peak or a reduction in arterial stiffness. However, in a closer analysis we found that a 4-week intervention might have positive associations to peak oxygen uptake and arterial stiffness.
SISÄLTÖ Sisällysluettelo 1 JOHDANTO...9 2 KESTÄVYYSKUNTO... 10 2.1 KESTÄVYYSKUNNON MÄÄRITELMÄ... 10 2.2. KESTÄVYYSKUNNON MITTAAMINEN... 12 2.3 NUORTEN KESTÄVYYSKUNTOON VAIKUTTAVAT TEKIJÄT... 13 2.4 KESTÄVYYSKUNNON MERKITYS TERVEYDELLE... 15 3 VALTIMOJÄYKKYYS... 17 3.1 VALTIMOJÄYKKYYDEN MÄÄRITELMÄ... 17 3.2. VALTIMOJÄYKKYYDEN MITTAAMINEN... 20 3.3 NUORTEN VALTIMOJÄYKKYYTEEN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT... 22 3.4. VALTIMOJÄYKKYYDEN MERKITYS TERVEYDELLE... 22 4 KESTÄVYYSKUNNON JA VALTIMOJÄYKKYYDEN YHTEYDET... 25 5 KORKEAINTENSITEETTINEN LIIKUNTA... 26 5.1. LIIKUNNAN INTENSITEETTI JA HIIT-HARJOITTELU... 26 5.2 LIIKUNTA, HIIT-HARJOITTELU JA KESTÄVYYSKUNTO... 27 5.3 LIIKUNNAN INTENSITEETIN VAIKUTUS KARDIOMETABOLISIIN RISKITEKIJÖIHIN... 29 5.4 LIIKUNTA, HIIT-HARJOITTELU JA VALTIMOJÄYKKYYS... 30 6 TUTKIMUKSEN TAVOITTEET... 33 7 AINEISTO JA MENETELMÄT... 34 7.1 AINEISTON KUVAUS... 34 7.2 TUTKIMUSMENETELMÄT... 35 7.2.1. KESTÄVYYSKUNNON MITTAAMINEN... 35 7.2.3 VALTIMOJÄYKKYYDEN MITTAAMINEN... 36 7.2.3 KEHONKOON JA KEHONKOOSTUMUKSEN MITTAAMINEN... 37 7.3 INTERVENTION KUVAUS... 37 7.4. TILASTOLLISET MENETELMÄT... 38 7.5 TUTKIMUKSEN EETTISET NÄKÖKULMAT... 39 8 TULOKSET... 40 8.1 TUTKITTAVIEN PERUSTIEDOT... 40 8.2 HIIT INTERVENTION VAIKUTUKSET KESTÄVYYSKUNTOON JA VALTIMOJÄYKKYYTEEN... 41
9. POHDINTA... 46 9.1 TULOSTEN POHDINTA... 46 9.2 TUTKIMUKSEN VAHVUUDET JA HEIKKOUDET... 47 9.3 TULOSTEN MERKITYS... 49 9.4 JATKOTUTKIMUSAIHEET... 49 10 JOHTOPÄÄTÖKSET... 50 11 LÄHTEET... 51
1 JOHDANTO Sydän- ja verisuonitaudit ovat merkittävä kliininen, kansanterveydellinen ja - taloudellinen ongelma. Niiden kehittyminen alkaa jo lapsuusiässä, ja niiden kehittymiseen vaikuttavat mm. ravitsemukselliset ja liikunnalliset valinnat, joilla on taipumus jatkua myös aikuisuudessa (Vuori 2005; Elizondo-Montemayor ja Gutierrez 2012). Valtimoiden jäykkyyttä pidetään yhtenä ateroskleroottisten muutosten markkerina ja sydän- ja verisuonitautien riskitekijänä, ylipainosta ja muista riskitekijöistä riippumatta (Vlachopoulos ym. 2010). Hyvä kestävyyskunto lapsuudessa ja nuoruudessa on yhteydessä matalampaan painoindeksiin, rasvaprosenttiin, vyötärönympärykseen sekä pienempään metabolisen oireyhtymän riskiin myöhemmällä iällä (Mintjens ym 2018). Vastaavasti vähäinen fyysinen aktiivisuus sekä matala kestävyyskunto ovat keskeisiä riskitekijöitä sydän- ja verisuonisairauksien synnyssä (ACMS 2015). Valtimoiden jäykistyminen ja kohonnut verenpaine eivät saa aikaan välittömiä muutoksia koetussa terveydessä (Safar ym. 2003, Bond ym. 2015b). Kohonnut verenpaine ja lisääntynyt valtimojäykkyys yhdessä ja erikseen aiheuttavat verisuoniston ja kohdeelinten vaurioita ja altistavat sydän- ja verisuonitaudeille pitkällä aikavälillä (Safar ym. 2003). Kiinnostus korkeaintensiteettisen intervalliharjoittelun (High intensity interval training, HIIT) terveyshyötyjä kohtaan on lisääntynyt muun muassa tehokkaan ajankäytön näkökulmasta. HIIT-harjoittelun on havaittu toimivan kestävyyskunnon eri komponenttien kehittämisessä myös nuorilla urheilijoilla (Engel ym. 2018). HIIT - harjoittelu voi olla jopa tehokkaampi hapenottokyvyn kehittäjä kuin pitkäkestoinen aerobinen liikunta ja se vaikuttaa positiivisesti verisuonten terveyteen (Bond ym. 2015; Milanovic 2015). Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tuottaa tietoa HIIT-intervention vaikutuksista kestävyyskuntoon sekä valtimojäykkyyteen 16-19 vuotiailla nuorilla. Tietoa korkeaintensiteettisen intervalliharjoittelun vaikutuksista kestävyyskuntoon eri ikäryhmissä ja erilaisilla harjoitusprotokollilla on jo jonkin verran, mutta valtimojäykkyyden muutoksista yhdistettynä kestävyyskunnon muutoksiin on vielä niukasti tietoa.
2 KESTÄVYYSKUNTO 2.1 Kestävyyskunnon määritelmä Yksi hyvän fyysisen kunnon määritelmä on kyky suoriutua päivän tehtävistä rasittumatta liikaa, jolloin suorituskykyä riittää myös vapaa-ajan toimintoihin ja ennalta arvaamattomien haasteiden kohtaamiseen (Caspersen ym. 1985). Kuntoa voidaan tarkastella elinjärjestelmittäin, kuten hengitys- ja verenkiertoelimistön kunto, tai liikuntasuorituksessa tarvittavan ominaisuuden mukaan, kuten kestävyyskunto (Vuori 2005). Kestävyyskunto on moniulotteinen, eri ominaisuuksista koostuva kokonaisuus ja sitä voidaan mitata ja kuvata erilaisin tavoin. Kestävyyskunto ilmenee elimistön kykynä vastustaa väsymystä työssä tai liikunnassa, kuljettaa ravintoaineita sekä happea ja käyttää näitä lihastyön vaatimaan energiantuottoon sekä poistaa aineenvaihdunnan lopputuotteita elimistöstä. Suurten lihasryhmien pitkäkestoisessa kuormituksessa kuormitus kohdistuu pääasiassa hengitys- ja verenkiertoelimistöön sekä työtä tekevien lihasten aineenvaihduntaan (Caspersen ym. 1985, ACSM 2015, Kutinlahti 2018). Yleisimmin kestävyyskunnon määrittelemisessä käytetään maksimaalista hapenottokykyä. Maksimaalinen hapenottokyky (VO2max) kuvaa suurinta mahdollista hapenkulutuksen tasoa maksimaalisessa kuormituksessa ja sitä pidetään parhaana kestävyyskunnon mittarina. VO2max kuvastaa verenkierto- ja hengityselimistön kykyä kuljettaa happea työskenteleville lihaksille sekä lihaksiston kapasiteettia hyödyntää happea kuormituksen aikana. VO2max mielletään saavutetuksi, kun hapenkulutus tasaantuu, vaikka kuormitus lisääntyy (Armstrong & Welsman 1994, Kutinlahti 2018, Lintu ym. 2018). Lapsilla tätä tasaantumista ei aina havaita ja siksi lasten hapenottokyvystä puhuttaessa käytetään usein termiä hapenkulutuksen huippuarvo eli VO2peak. Termi kuvastaa korkeinta rasituskokeessa mitattua hapenkulutuksen arvoa (Armstrong & Welsman 1994). Mittaria on myös kritisoitu ja suositeltu supramaksimaalista varmistustestiä todellisen VO2max arvon varmistamiseksi. Supramaksimaalisessa varmistustestissä testihenkilö lepää 10-15 minuuttia varsinaisen nousujohteisen kuormituskokeen jälkeen, ja suorittaa sitten lyhyen testisuorituksen, jonka
työkuorma vastaa 105-110 % nousujohteisessa rasituskokeessa saavutetusta työkuormasta (Barker ym. 2011, Lintu ym. 2018). Hapenkulutusta voidaan ilmaista myös lepoaineenvaihdunnan kerrannaisena (engl. metabolic equivalent of task, MET), joka kuvaa, kuinka kuormittavaa fyysinen suoritus on suhteessa lepoaineenvaihduntaan. MET-arvo voidaan ilmoittaa suhteutettuna hapentai energiankulutukseen. Yksi standardi MET vastaa istuvan ihmisen hapenkulutusta eli noin 3,5ml/kg/min, tai vastaavasti yksi MET vastaa istuvan ihmisen energiankulutusta eli noin 1 kcal/kg/h (Keskinen 2007). MET-arvoilla voidaan kuvata päivän eri askareiden ja erityisesti työn kuormittavuutta. Arvot välillä 1-20 kuvaavat kuormittavuutta siten, että 1 vastaa rennosti istumista. Seisomaan nouseminen nostaa MET arvon 1,2:een ja reipas kävely 4-5:een (Kutinlahti 2018). VO2max on vahvasti yhteydessä kehon lihasmassaan ja kokonaismassaan. Absoluuttinen VO2max kasvaa kehon painon ja lihasmassan kasvaessa. Tästä syystä VO2max normalisoidaan yksilöiden välisen vertailun mahdollistamiseksi. Maksimaalisen hapenottokyvyn ja kehon massan suhteuttamiseksi käytetään mm. kehonpainolla jakamista (ml/kg/min) ja rasvattomalla kehonpainolla jakamista (ml/kg rasvaton kehonpaino, fat free mass/ffm)/min) sekä allometrista mallinnusta. Pelkän kehon massan sijaan lihasmassaa pidetään fysiologisesti parempana tapana suhteuttaa VO2max kehon massaan. Lihasmassalla jakaminen useimmissa tapauksissa myös minimoi koon vaikutuksen VO2max-arvoon. Luustolihas on VO2max-arvoa määrittävä tekijä, sillä luustolihas on aineenvaihdunnallisesti aktiivista kudosta, joka lisää laskimopaluuta, sydämen lyöntitaajuutta ja minuuttitilavuutta (Armstrong ym. 2011, Haapala ym. 2018, Lintu ym. 2018). Yksilöiden välisen vertailun mahdollistamiseksi tulisi käyttää kehon koon huomioivaa VO2max-muuttujaa. Tämän muuttujan ei kuitenkaan tulisi olla yhteydessä jakajaansa. Allometrisessa mallinnuksessa pyritään kehon koko vakioimaan tilastollisilla menetelmillä. Allometrisella mallinnuksella poikien VO2max:n on havaittu kasvavan varhaiseen aikuisuuteen asti ja tytöillä murrosiän alkuun asti, jonka jälkeen VO2max pysyy vakaana sen sijaan, että se laskisi (Lintu ym. 2018).
Kehon painoon suhteutetulla VO2max:llä voidaan kuitenkin saada arvio kestävyyskunnosta ja toimintakyvystä, eli kyvystä liikkua kauemmin ja nopeammin sekä toimia arjessa väsymättä liikaa. Nämä asiat ovat olennaisia elementtejä lasten ja nuorten arjessa sekä liikunnan harrastamisessa (Armstrong ym. 2011). 2.2. Kestävyyskunnon mittaaminen Maksimaalinen hapenottokyky (VO2max) on yksi käytetyimmistä kestävyyskunnon mittareista urheilussa ja tutkimuskäytössä. Hapenottokykyä voidaan mitata sekä suoran testin avulla käyttäen hengityskaasuanalysaattoria että epäsuorana ilman hengityskaasuanalysaattoria. Molemmissa tapauksissa kuormituskoe suoritetaan laboratorio-olosuhteissa yleisimmin polkupyöräergometrilla tai juoksumatolla. Ilman hengityskaasuanalysaattoria suoritetulla epäsuoralla testillä hapenkulutus voidaan arvioida laskennallisesti saavutetun kuormitustason ja syketason mukaan. Suorassa testissä hengityskaasuanalysaattori laskee suorituksen aikana sisään- ja uloshengityksen hengityskaasujen osapaine-eroja. Testin mittaustarkkuus ja toistettavuus ovat hyvät (Keskinen 2005). Hapenkulutuksen kinetiikka kuvaa hengitys- ja verenkiertoelimistön sekä lihaksiston kykyä kuljettaa ja käyttää happea sekä mukautua energiankulutuksen muutoksiin liikuntasuorituksen aikana. Lapsen tai nuoren kyky ylläpitää submaksimaalista rasitusta on myös yksi kestävyyskunnon mittari, jota voidaan arvioida mm. kaasujen vaihtokynnyksen, ventilatorisen kynnyksen tai veren laktaattipitoisuuden muutosten avulla (Vuori 2005, Lintu ym. 2018). Submaksimaaliseen kuormittamiseen perustuvat epäsuorat maksimaalisen aerobisen tehon arviointimenetelmät ovat moneen tarkoitukseen riittävän luotettavia ja toistettavia. Sydämen syketaajuus on altis monille tekijöille, mutta se on silti yleisesti tunnustettu käyttökelpoiseksi muuttujaksi arvioitaessa maksimaalista aerobista tehoa epäsuorilla menetelmillä. Sykkeen ja hapenkulutuksen välinen yhteys on lähes lineaarinen sykealueilla 120-170. Syketason päivittäinen vaihtelu on suurempaa matalilla sykealueilla, mutta vaihtelu pienenee noin 2 %:iin kuormituksen kasvaessa syketasolle 165. Parasympaattisen hermoston sykevaihtelua ohjaava vaikutus katoaa n. 65 % tasolla maksimisykkeestä. Korkeammilla kuormitustasoilla syketason vaihtelua ohjaa lähinnä
sympaattinen hermosto. Syke saavuttaa maksiminsa samalla tai lähes samalla kuormitustasolla, joka tuottaa maksimaalisen aerobisen tehon. Submaksimaalisten testien luotettavuus ja toistettavuus paranevat, kun kuormitustaso nostetaan sympaattisen säätelyn alueelle. VO2max:n epäsuorien arviointimenetelmien ennustetarkkuus on 10 %, eikä ennustevirheen suunta ole etukäteen arvioitavissa. Tästä syystä epäsuorien arviointimenetelmien antamia tuloksia tulisi käyttää lähinnä yksilöllisten kuntomuutosten seurantaan (Keskinen 2005). Kenttätesteillä voidaan suorittaa kestävyyskunnon mittauksia suuremmillekin joukoille kerralla ja melko helposti. Yleisesti on käytössä erilaisia kävely-, askellus- ja juoksutestejä, jotka on suunniteltu erilaisille kohderyhmille. UKK:n 2 km kävelytesti on suunniteltu passiivisemmalle tai vähemmän liikkuvalle väestönosalle. Cooperin 12 minuutin juoksutesti puolestaan soveltuu paremmin hyväkuntoisille kuntourheilijoille ja varsinkin nuorille liikunnan harrastajille (Keskinen 2005). Kahdenkymmenen metrin viivajuoksu on yleisin lasten ja nuorten kestävyyskunnon arvioimiseen käytetty kenttätesti. Testi perustuu Légerin ym. (1984) julkaisemaan testiprotokollaan, jossa 20 m matka juostaan edestakaisin äänimerkin mukaisessa tahdissa. Vaadittu juoksunopeus kasvaa portaittain noin minuutin välein. Testi päättyy, kun testattava ei pysy äänimerkkien tahdissa. Testistä on muodostunut kolme hieman toisistaan poikkeavaa versiota. Eroja testien välillä on tasojen nopeuden ja keston suhteen. Eri testituloksia vertailtaessa tulisikin ottaa suoritusajan sijaan huomioon saavutettu juoksunopeus. Testi on hyvin toistettavissa ja sen käytettävyys kenttäolosuhteissa on hyvä. Viivajuoksutestillä arvioitu VO2max korreloi kohtuullisesti mitatun arvon kanssa, mutta yhteys ei ole lapsilla yhtä vahva kuin aikuisilla. Testi kuvastaa fysiologisten kestävyysominaisuuksien lisäksi myös yleistä suorituskykyä, motivaatiota sekä rasvakudoksen määrää (Lintu ym. 2018). 2.3 Nuorten kestävyyskuntoon vaikuttavat tekijät Suomalaisten lasten ja nuorten elämäntavat ovat muuttuneet passiivisemmaksi ja ylipainoisia ja lihavia lapsia on yhä enemmän. Kansallisen lasten ja nuorten liikuntasuosituksen mukaan kaikkien 7-18 -vuotiaiden tulisi liikkua vähintään 1-2 tuntia päivässä (Opetusministeriö ja Nuori Suomi 2008). Tuoreen tutkimuksen mukaan
suomalaisista nuorista kuitenkin alle kolmasosa saavutti liikuntasuositukset (Kokko ym. 2016). Tutkimuksissa on havaittu, että kestävyyskunto on heikentynyt kouluikäisillä lapsilla ja nuorilla sekä varusmiehillä viimeisten vuosikymmenten aikana (Santtila ym. 2006, Huotari ym. 2010). Huotarin (2010) ja työryhmän tutkimuksessa mitattiin 13-18 vuotiaiden nuorten kestävyyskuntoa juoksutestillä ensimmäisen kerran vuonna 1976 ja toisen kerran vuonna 2001. Tyttöjen juoksumatka oli 1500 m ja poikien 2000 m. Keskimääräinen juoksuun kulunut aika piteni jälkimmäisessä mittauksessa tytöillä ja pojilla, mikä kuvastaa heikentynyttä kestävyyskuntoa. Santtilan ym. (2006) tekemässä tutkimuksessa selvitettiin varusmiesten kestävyyskunnon muutosta vuosien 1974 ja 2004 välillä, sekä kehonkoostumuksen muutosta vuosien 1993 ja 2004 välillä. Tuloksista oli nähtävillä, että varusmiesten kehonpaino lisääntyi noin 4,4 kg ja 12 minuutin juoksutestin avulla arvioitu maksimaalinen hapenottokyky heikkeni 12 %. Tutkimuksessa havaittiin kehon painon lisääntymisellä yhteys juoksumatkan lyhenemiseen (Santtila ym. 2006). Tutkimuksia, joissa tulokset olisivat olleet päinvastaisia, ei löytynyt. Näin ollen voidaan kohtuullisella varmuudella sanoa, että kestävyyskunto on vuosikymmenten saatossa kansallisella tasolla heikentynyt. Maksimaalinen hapenottokyky kehittyy lapsuudessa ja nuoruudessa lähes lineaarisesti. Poikien VO2max on suurempi kuin tyttöjen jo ennen puberteettia ja ero kasvaa suuremmaksi puberteetin myötä (Armstrong ym. 1991). Tähän vaikuttaa mm. poikien suurempi lihasmassa sekä suurempi hemoglobiinipitoisuus ja tyttöjen suurempi rasvamassan lisääntyminen. Absoluuttinen VO2max kasvaa kahdeksan ja 16 vuoden iän välillä tytöillä keskimäärin 80-98 prosenttia ja pojilla 150 prosenttia (Vuori 2005, Lintu ym. 2018). Pojilla VO2max näyttäisi kehittyvän 18 ikävuoteen asti, tytöillä kasvu tasaantuu 14 ikävuoden kohdalla. 16-vuoden iässä poikien kestävyyskunto on keskimäärin n. 35 %:a parempi kuin tyttöjen (Lintu ym. 2018). Myös aikuisten naisten hapenottokyky on keskimäärin matalampi kuin miesten (Kutinlahti 2018). Molemmilla sukupuolilla hapenottokyky pienenee n. 9 % kymmentä ikävuotta kohti 25 ikävuodesta alkaen (Vuori 2005).
Kun VO2max -arvo suhteutetaan kehon kokonaispainoon, poikien keskimääräinen VO2max pysyy verrattain vakaana koko murrosiän, noin 48-52 ml/kg/min. Tytöillä kehonpainoon suhteutettu VO2max hieman laskee, noin 45:stä 35:een ml/kg/min. Sukupuolten välistä eroa selittää suurelta osin tyttöjen rasvamassan suureneminen murrosiässä. Rasvattoman kehonpainon lisääntyminen on merkittävä VO2max:n muutosta selittävä tekijä lapsilla ja nuorilla kasvun ja kypsymisen aikana (Lintu ym. 2018). 2.4 Kestävyyskunnon merkitys terveydelle Hyvä kestävyyskunto on yhdistetty moniin terveyden kannalta positiivisiin markkereihin kuten matalampaan verenpaineeseen ja painoindeksiin, verisuoniston terveyteen, sekä metabolisen oireyhtymän vähäisempään esiintyvyyteen. Krooniset aineenvaihduntasairaudet ovat maailmanlaajuisesti yleisin kuolinsyy ja riittämätön fyysinen aktiivisuus on neljänneksi merkittävin kuolleisuuden riskitekijä. Suuri osa näistä aineenvaihduntasairauksista olisi ehkäistävissä elämäntapamuutoksilla. WHO:n mukaan kroonisten tautien riskiä merkittävästi lisäävät elämäntavat ovat tupakointi, fyysinen inaktiivisuus, alkoholin liikakäyttö ja epäterveellinen ruokavalio. Nämä elintavat saavat elimistössä aikaan terveydelle haitallisia muutoksia, joista yleisimpiä ovat verenpaineen, verensokerin sekä kolesterolitasojen kohoaminen, sekä ylipaino (World Health Organization 2014). Hyvän kestävyyskunnon on havaittu olevan yhteydessä hyvään valtimoiden terveyteen nuorilla. Tutkimuksessa mitattiin valtimoiden intima-median paksuutta ja joustavuutta, joiden muutoksia pidetään ateroskleroosin eli valtimon rasvoittumistaudin ensimmäisinä markkereina. Intima-median paksuuden ja jäykistymisen on havaittu kuvaavan sydän- ja verisuonitautien esiintyvyyttä myöhemmällä iällä (Pahkala ym. 2013). Hyväkuntoisilla tytöillä ja pojilla havaittiin matalampia veren kolesteroliarvoja verrattuna huonokuntoisiin ikätovereihin laajassa amerikkalaisessa tutkimuksessa. Liikuntainterventioiden vaikutukset nuorten kolesteroliarvoihin puolestaan ovat ristiriitaisia (Janssen & LeBlanc 2010). On mahdollista, että liikuntainterventiot ovat kestoltaan riittämättömiä tai intensiteetiltään liian matalia kolesteroliarvojen muutoksen
aikaansaamiseksi. On myös mahdollista, että liikunnan vaikuttavuus kolesteroliarvoihin välittyy hyvän kestävyyskunnon kautta. Kestävyyskunnon vaikutuksista nuorten verenpaineeseen on tehty vain vähän tutkimuksia. Osa tutkimuksista on kuitenkin havainnut, kestävyyskunnon parantaminen lähtötilanteeseen verrattuna madaltaa verenpainetta niillä nuorilla, joilla verenpaine on koholla, sekä niillä nuorilla, joilla on sekä kohonnut verenpaine että ylipainoa (Janssen &LeBlanc 2010). Veren kohonneet triglyseridiarvot sekä kohonnut verenpaine lisäävät riskiä sairastua sydän- ja verisuonitauteihin myöhemmällä iällä (ACSM 2015, Huttunen 2015, Mustajoki 2016). Mintjensin ym. (2018) systemaattisen katsauksen mukaan hyvä kestävyyskunto lapsuudessa ja nuoruudessa oli yhteydessä matalampaan painoindeksiin (Body mass index, BMI), rasvaprosenttiin, vyötärönympärykseen sekä pienempään metabolisen oireyhtymän riskiin myöhemmällä iällä. Samanlainen yhteys havaittiin myös Janssenin ja LeBlancin (2010) katsauksessa. Vähäinen fyysinen aktiivisuus sekä matala kestävyyskunto ovat keskeisiä riskitekijöitä sydän- ja verisuonisairauksien synnyssä ja lisäävät kardiometabolisten riskitekijöiden sekä tiettyjen syöpien esiintyvyyttä (Janssen & LeBlanc 2010, Mintjens ym. 2018). Hyvä kestävyyskunto sekä maksimaalisena hapenottokykynä, että suurena MET-lukuna ilmaistuna on yhdistetty pienentyneeseen yleiseen kuolleisuuteen sekä sydän- ja verisuonitautien riskiin aikuisilla (Kemi ym. 2005, Warburton ym. 2006, Ramos ym. 2015). Kestävyyskunnolla on Ahn:n ja työryhmän (2013) tutkimuksessa havaittu käänteinen yhteys insuliiniresistenssiin. Uusituvan ym. (2004) tutkimuksessa havaittiin myös liikunnan määrän lisäämisellä ja painonpudotuksella yhteys insuliiniresistenssin vähenemiseen. Kestävyyskunnon suhteuttaminen lihasmassaan tai rasvattomaan massaan heikentää kestävyyskunnon ja terveyden indikaattorien välistä yhteyttä (Ahn ym.2013). Insuliiniresistenssi on tyypin 2 diabeteksen esiaste ja havaittavissa jopa vuosia ennen varsinaista taudin puhkeamista (Uusitupa ym. 2004).
3 VALTIMOJÄYKKYYS 3.1 Valtimojäykkyyden määritelmä Sydämen pumppaama veri saapuu suuriin valtimoihin sykkeen mukaisina aaltoina, ääreisverenkierrossa puolestaan veren tulisi liikkua tasaiseen tahtiin riittävän perfuusion takaamiseksi myös diastolen aikana. Tästä syystä valtimoiden joustavuus on tärkeä tekijä verenkierron optimoinnissa. Valtimoiden jäykistyminen vähentää valtimoiden kykyä tasapainottaa paine-eroja diastolisen ja systolisen vaiheen välillä (Avolio 2013). Joustavat valtimot puskuroivat pulssiaaltoja, lihasten ympäröimät valtimot aktiivisesti muuttavat aallon etenemisnopeutta ja pikkuvaltimot toimivat pulssiaaltojen takaisinheijastumispaikkoina. Valtimoiden jäykistyminen vaikuttaa täten koko valtimopuuston toimintaan, mistä voi seurata systolisen verenpaineen sekä pulssipaineen nousua. Jäykistymisen vaikutukset valtimopuustoon ovat kuitenkin hajanaisia, vaikutukset ovat suuremmat sentraalisesti ja lievemmät perifeerisesti (Safar ym. 2003, Zieman ym. 2005). Pulssiaallon nopeus on käänteisesti yhteydessä valtimoiden jäykkyyteen, eli mitä joustavampi valtimo, sitä hitaampi on pulssiaallon nopeus. Pulssiaallon nopeus ei kuvasta veren virtauksen nopeutta, vaan paineaallon nopeutta (Salvi 2012). Verisuoniston jäykistyminen on monisyinen ja pitkäaikainen prosessi. Sen kehittymiseen vaikuttavat verisuonten seinämien rakenteelliset ja solutason muutokset. Muutoksia rakenteisiin aiheuttaa Ziemanin ym. (2005) mukaan hemodynaamiset voimat sekä ulkoiset tekijät, kuten tietyt hormonit, suola ja glukoosiregulaatio. Kohonnut verenpaine, diabetes ja ikääntyminen voimistavat näiden tekijöiden vaikutuksia valtimoiden jäykistymiseen (Zieman ym. 2005, Salvi 2012, Mikael ym. 2017). Valtimoiden viskoelastiset ominaisuudet vaikuttavat niiden jäykkyyteen. Suonten normaali elastisuus ehkäisee sydämen ylimääräistä työkuormaa työntämällä verimäärän tasaisesti muualle elimistöön. Valtimoiden jäykistyessä pulssipaine aortassa kasvaa, mikä lisää sydämen työkuormaa ja kohde-elinten rasitusta. Sydämen työmäärän kasvu lisää
riskiä mm. sydämen vajaatoimintaan ja sydänlihaksen epänormaaliin kasvuun, sydämen hapenpuutteeseen ja sydämen toiminnan heikkenemiseen (Marjahalme 2008). Elastiinin ja kollageenin suhteellisten osuuksien muutokset sekä elastiiniin tulevien vaurioiden johdosta jäykän kollageenin vaikutuksen kasvaminen valtimon seinämissä johtavat valtimoiden jäykistymiseen. Elastiinin vaurioitumiseen ja määrän vähenemiseen vaikuttavat esimerkiksi elimistön matala-asteinen tulehdustila sekä pitkäaikainen oksidatiivinen stressi, joka johtaa kalkin kertymiseen valtimoiden seinämiin, muutoksiin solun viestinnässä sekä endoteelin toimintahäiriöihin (Zieman ym. 2005, Mikael ym. 2017). TAULUKKO 1. Verenpaineeseen ja valtimoiden jäykistymiseen liittyviä termejä Termi Määritelmä mittayksikkö Systolinen verenpaine Ison verenkierron suurten mmhg valtimoiden korkein paine kammiosystolen aikana Diastolinen verenpaine Ison verenkierron suurten mmhg valtimoiden matalin paine diastolen aikana Pulssipaine Systolisen ja diastolisen mmhg paineen välinen erotus Pulssiaallon nopeus Paineaallon etenemisen m/s nopeus valtimoissa Augmentaatioindeksi Takaisinheijastuvan paineaallon prosenttiosuus pulssipaineesta Prosentti (%) Termien ja niiden määritelmien sekä mittayksiköiden havainnollistamiseksi taulukossa 1 on avattu verenpaineeseen sekä valtimoiden jäykistymiseen liittyviä termejä. Uusi pulssiaalto syntyy jokaisen sydämen supistuksen myötä ja jatkaa matkaansa valtimoissa, kunnes se kohtaa perifeeristä vastustusta. Vastustus saa aikaan paineaallon takaisinheijastuman. Nuorilla suonisto on keskimäärin joustavampi, jolloin pulssiaallon takaisin heijastuma tapahtuu myöhemmässä vaiheessa sykesykliä ja takaisinheijastuma saavuttaa sydämen diastolen aikana. Iäkkäämmillä ihmisillä takaisinheijastuma ilmenee aikaisemmin, jolloin se saavuttaa sydämen jo systolen aikana (Mikael ym. 2017).
Ikääntymiseen liittyy aina valtimoiden jäykistymistä, jonka edistymistä kohonnut verenpaine nopeuttaa. Valtimoiden jäykistyminen ja kohonnut verenpaine nähdään kaksisuuntaisena prosessina, jossa verenpaineen kohoaminen lisää valtimojäykkyyden ilmentymistä ja vastaavasti valtimoiden jäykistyminen kohottaa verenpainetta. Iän yhteys valtimoiden jäykistymiseen ei ole lineaarinen. Ensimmäisinä vuosikymmeninä nopeuden muutos on hyvin minimaalista ja myöhemmällä iällä nopeuden muutos kiihtyy. Keskimäärin 45 ja 65 ikävuoden välillä pulssiaallon nopeus lisääntyy 0,07 m/s ja 65 ikävuoden jälkeen 0,2 m/s (Salvi 2012, Mikael ym. 2017). Kuvassa 1 on nähtävillä nuoren ja iäkkäämmän valtimon eroja. Oksidatiivinen stressi, vapaat radikaalit sekä neuroendokriiniset sekä geneettiset muutokset on liitetty verisuonten ikääntymisen patofysiologiaan. Suonten kalkkeutuminen sekä suonen seinämän paksuuntuminen aiheuttavat merkittäviä muutoksia suonten toimintaan (Mikael ym. 2017). Kuva 1. Ikääntymisen vaikutus valtimojäykkyyteen. Kuva mukaeltu Mikael ym. 2017 Ikääntymisen lisäksi valtimojäykkyyden lisääntymiseen vaikuttavat tietyt fysiologiset tekijät kuten matala syntymäpaino, geneettiset tekijät kuten familiaarinen verenpainetauti
sekä yleiset sydän- ja verisuonitautien riskitekijät kuten tyypin 2 diabetes, ylipaino, tupakointi sekä passiivinen elämäntapa (Mikael ym. 2017). Augmentaatioindeksi (augmentation index, AIx) kuvaa paineaallon takaisinheijastumaa suhteessa pulssipaineeseen. AIx voi saada sekä positiivisen että negatiivisen arvon. Negatiivinen arvo kuvastaa tilannetta, jossa takaisinheijastuma ajoittuu diastoliseen vaiheeseen ja takaisinheijastuma ei lisää systolista verenpainetta. Positiivinen arvo puolestaan kuvastaa tilannetta, jossa paineaallon takaisinheijastuma ajoittuu systoliseen vaiheeseen ja täten vaikuttaa verenpainetta kohottavasti. Nollan tietämillä olevat arvot eivät ole merkittäviä verenpaineen näkökulmasta (Salvi 2012). Augmentaatioindeksiin vaikuttaa muun muassa valtimoiden jäykkyys, ikä, pituus, sydämen syketaajuus sekä sukupuoli. Naisten augmentaatioindeksi on korkeampi kuin miesten, vaikka pituus otetaan huomioon (Salvi 2012). Augmentaatioindeksimittauksen toistettavuus ei Haapalan ja tutkimusryhmän (2019) mukaan ollut erityisen hyvä, erityisesti hyväkuntoisilla ja alhaisemman rasvaprosentin omaavilla nuorilla. 3.2. Valtimojäykkyyden mittaaminen Valtimojäykkyyttä voidaan mitata erilaisilla kajoavilla ja kajoamattomilla menetelmillä. Kajoamattomia mittausmenetelmiä ovat mm. oskillometrinen menetelmä, ultraääni, tonometriset menetelmät sekä volumetrinen menetelmä. Kajoamattomissa menetelmissä arvioidaan valtimoiden sykeaallon virtausta ja painetta joko virtaustilavuutena, virtaussignaalina, virtausnopeutena tai analysoimalla pulssiaallon muotoa (Lekakis ym. 2011). Useimmiten kliinisessä työssä käytetään pulssiaaltoanalyysiä, jonka avulla voidaan määrittää pulssiaallon nopeus (PWV) sekä augmentaatioindeksi (AIx). Pulssiaallon nopeus kuvastaa sydämen työntämän paineaallon etenemisnopeutta aortassa ja augmentaatioindeksi kuvaa takaisinpäin heijastunutta osuutta suhteessa pulssipaineeseen. Augmentaatioindeksi kuvaa pääasiassa pienten valtimoiden supistustilaa. Kaulavaltimoreisivaltimo pulssiaaltomittausta (aortic PWV) pidetään nykytietämyksen mukaan
kultaisena standardina valtimojäykkyyden mittaamisessa (Salvi 2012, Haapala ym. 2019). Pulssiaallon nopeuden on tutkimuksissa havaittu kuvaavan hyvin sydän- ja verisuonitautien riskiä ja kuolleisuutta (Horváth ym. 2010, Cote ym. 2015). Pulssiaallon nopeutta voidaan mitata kahden mittauspisteen menetelmällä, jossa toinen anturi sijoitetaan kaulavaltimolle ja toinen distaalisemmalle valtimolle, kuten reisi- tai olkavaltimolle. Tämä mittaustapa mahdollistaa pulssiaallon aikaviiveen mittaamisen. Toinen mittaustapa on yhden mittauspisteen menetelmä. Siinä pulssiaallon nopeuden mittaaminen perustuu kahden ajallisesti hajautetun mittauksen tulokseen. Tämä mittaustapa on altis sykkeen ja verenpaineen muutoksille. Eri mittaustapojen tarkkuus on samaa luokkaa, mutta eri mittausvälineistön käyttö antaa erilaisia tuloksia eivätkä ne ole suoraan vertailukelpoisia keskenään. Mittaustapojen lisäksi myös laskentakaavat, joita käytetään tulosten tulkintaan vaihtelevat eri laitteilla, mikä vähentää eri mittausvälineistön tulosten vertailukelpoisuutta keskenään. Eri laitteista ja laskentakaavoista johtuen tarkkoja raja-arvoja ei ole virallisesti määritelty (Salvi 2012). Kohonneen verenpaineen Käypä hoito -suositusten mukaan aikuisilla pulssiaallon nopeus >12 m/s kuvastaa poikkeavan suurta lukemaa keski-ikäisillä hypertensiopotilailla. Normaalin rajaksi on ehdotettu myös <10 m/s (Kantola ja Pörsti 2014). Hidvégi (2012) ja työryhmä ovat koonneet omat viitearvot pulssiaallon nopeudelle terveille lapsille ja nuorille. Työryhmän havaintona pulssiaallon nopeus ei muutu lapsuudessa juurikaan, vaikka verenpaine kasvaakin. Nuoruudessa, murrosiän kynnyksellä havaittiin nousua pulssiaallon nopeudessa keskimäärin 16 %. Tyttöjen kohdalla nousu tapahtui keskimäärin aiemmin kuin pojilla. Tyttöjen ja poikien välillä ei ollut merkitsevää eroa pulssiaallon nopeudessa missään ikäluokassa. Hidvégin (2012) ja työryhmän keskiarvot pulssiaallon nopeudelle 3-18 vuotiaille tytöille oli 5,6-6,4 m/s ja pojille 5,5-6,5 m/s Arteriographlaitteella mitattuna. Lasten ja nuorten pulssiaallon nopeuden mittaamisessa on omat erityishaasteensa. Lasten ja nuorten kehitysasteessa ja puberteetin etenemisessä voi olla isoja eroa. Lisäksi kehon mittasuhteiden muuttuminen tietyssä kasvun vaiheessa vaikeuttaa viitearvojen luomista sekä muutoksen mittaamista pidemmällä aikavälillä. Aikuisten viitearvot eivät ole suoraan sovellettavissa nuorten tuloksiin (Reusz ym. 2010).
3.3 Nuorten valtimojäykkyyteen vaikuttavat tekijät Elämäntavat vaikuttavat valtimopuuston jäykistymiseen nuoresta iästä alkaen. Nuorilla tavataan kohonneita pulssiaallon nopeuksia, mikä ennustaa riskitekijöiden kasvua myöhemmällä iällä. Valtimoiden jäykistyminen ei aiheuta nuorilla tuntemuksia tai välitöntä terveyshaittaa (Safar ym. 2003). Valtimoterveyttä heikentävien elämäntapojen, kuten vähäisen liikunnan, epäterveellisten ruokailutottumusten sekä ylipainon on havaittu siirtyvän myös aikuisuuteen (Vuori 2005). Vastasyntyneen systolinen verenpaine on keskimäärin välillä 40-75 mmhg. Lasten systolinen verenpaine kasvaa tytöillä ja pojilla samaa tahtia aina 10-ikävuoteen asti, jonka jälkeen poikien systolinen verenpaine kasvaa enemmän kuin tyttöjen. Diastolinen verenpaine ei kasva yhtä merkittävästi lapsuuden ja nuoruuden aikana. Aortan pulssiaallon nopeus ja augmentaatioindeksi kasvavat myös lapsuudesta aikuisuuteen, mutta eivät lineaarisesti. Pulssiaallon nopeuden sekä augmentaatioindeksin kehittymisestä iän mukana on kerrottu enemmän aiemmassa kappaleessa (Marjahalme 2008, Hidvégi ym. 2012). Lapsuuden ja nuoruuden ylipainoisuuden on havaittu vaikuttavan verisuoniston kuntoon terveyden kannalta epäsuotuisalla tavalla. Suurten valtimoiden jäykistyminen on yksi ensimmäisistä merkeistä, joita ylipaino aiheuttaa verisuonistossa (Cote ym. 2015, Hudson ym. 2015). Verisuonten terveyden ylläpitoon tähtäävien toimenpiteiden on näiden tutkimusten valossa suositeltu aloitettavan mahdollisimman varhaisessa vaiheessa elämää (Berenson ym. 1998, McGill ym. 2000, Haapala ym. 2017b). 3.4. Valtimojäykkyyden merkitys terveydelle Valtimoiden jäykistyminen ei aiheuta välittömiä muutoksia koetussa terveydessä tai tuntemuksia sairastamisesta (Bond ym. 2015b). Kohonnut verenpaine voi myös olla samalla tavalla ilmentymättä henkilölle itselleen ennen mittaamista. Kohonnut
verenpaine ja lisääntynyt valtimojäykkyys aiheuttavat verisuoniston ja kohde-elinten vaurioita ja altistavat sydän- ja verisuonitaudeille pitkällä aikavälillä (Safar ym. 2003). Systolisen ja diastolisen verenpaineen liiallisen nousun ohella valtimoiden jäykkyyden itsenäisestä merkityksestä sydän- ja verisuonitautien riskin markkerina on tehty enenevissä määrin tutkimuksia. Valtimoiden jäykistyminen on liitetty lisääntyneeseen sydän- ja verisuonitautien esiintyvyyteen sekä lisääntyneeseen kuolleisuuteen aikuisilla, myös ilman verenpaineen merkittävää kohoamista (Vlachopoulos ym. 2010, Avolio 2013). Suurten suonten jäykistyminen ja tästä aiheutuva keskeisen verenkierron paineheijasteiden kasvu johtaa systolisen paineen sekä pulssipaineen nousuun. Pulssipaineella tarkoitetaan systolisen ja diastolisen verenpaineen erotusta. Valtimopuuston jäykistyminen voimistaa periferiasta sydämeen päin heijastuvan paineaallon vaikutusta systoliseen paineeseen ja pulssipaineeseen. Valtimopuuston jäykistyminen yhdessä kohonneen verenpaineen kanssa altistaa kohde-elinten vaurioille (Safar ym. 2003, Kantola ja Pörsti 2014). Valtimoiden seinämien jäykistyminen, elastisuuden väheneminen ja laajenemiskyvyn heikkeneminen ennakoivat myös valtimoiden kovettumista ja arterioskleroosin eli valtimokovetustaudin kehittymistä. Valtimoiden jäykistyminen voi alkaa hyvin nuorella iällä (Ashor ym. 2014, Veijalainen ym. 2016, Haapala ym. 2017a). Ateroskleroosi eli valtimoiden rasvoittumistauti tarkoittaa valtimoiden ahtautumista, minkä vuoksi veren kulku suonistossa häiriintyy ja kudosten hapensaanti heikkenee tai estyy. Ateroskleroosi on tulehduksellinen tauti ja sen kehittyminen terveyttä haittaavalle tasolle vie vuosia. Valtimoiden ahtautuminen johtuu muun muassa valtimon sisäkalvon alle kertyvästä LDL-kolesterolista. Perinnöllisten tekijöiden lisäksi taudin riskitekijät ovat yhteydessä epäsuotuisiin elämäntapoihin. Ruumiinavauksia sisältäneissä tutkimuksissa on havaittu ateroskleroottisista muutoksista kertovia rasvajuonteita valtimoista jo hyvinkin varhaisessa iässä (Ross 1999, Mustajoki 2016). Ylipainolla on toisissa tutkimuksissa havaittu selkeä yhteys kohonneeseen verenpaineeseen. Painonpudotuksella puolestaan on havaittu verenpainetta alentava
vaikutus niin normaalipainoisilla, normaalin verenpaineen rajoissa olevilla henkilöillä, kuin korkeasta verenpaineesta kärsivillä ja ylipainoisilla (Bacon 2004, Kiilavuori 2008). Coten ja työryhmän (2015) katsauksessa, kuten myös Hudsonin (2015) ja työryhmän katsauksessa käsitellyissä tutkimuksissa monissa ylipaino oli valtimoiden jäykkyyttä ennustava tekijä. Kaikissa tutkimuksissa ei kuitenkaan havaittu yhteyttä ylipainon ja valtimoiden jäykkyyden välillä (Cote ym. 2015, Hudson ym. 2015). Säännöllinen liikunta madaltaa verenpainetta ja vähentää valtimoiden jäykkyyttä ylipainoisilla lapsilla ja nuorilla (Farpour-Lambert 2009, Bond ym. 2017). Vähäinen vapaa-ajan aktiivisuus puolestaan on yhteydessä valtimoiden jäykistymiseen lapsilla (Veijalainen ym. 2016). Näiden tutkimusten perusteella voitaisiin valtimoterveyden tukemiseksi suositella lapsille ja nuorille sekä vapaa-ajan aktiivisuutta että säännöllistä liikuntaa. Verisuonten terveyden ylläpitoon tähtäävien toimenpiteiden on näiden tutkimusten valossa suositeltu aloitettavan mahdollisimman varhaisessa vaiheessa elämää (Berenson ym. 1998, McGill ym. 2000, Haapala ym. 2017b).
4 KESTÄVYYSKUNNON JA VALTIMOJÄYKKYYDEN YHTEYDET Huono kestävyyskunto on itsenäinen riskitekijä sydän- ja verisuonisairauksille. Sen merkitys riskitekijänä on yhtä suuri kuin perinteisten riskitekijöiden, kuten kohonnut kolesteroli ja verenpaine, sekä tupakointi ja tyypin 2 diabetes (Kiilavuori 2008). Hyvä kestävyyskunto puolestaan vaikuttaa suojaavan sydän- ja verisuonitautien riskitekijöiltä. Parempikuntoisilla nuorilla on tutkimuksissa havaittu vähemmän valtimojäykkyyttä (Fernberg ym. 2017). Liikunnan sekä muiden terveydelle suotuisten elintapojen on havaittu olevan yhteydessä pienempään valtimojäykkyyteen (Magnussen ym. 2012). Magnussenin ym. (2012) tutkimuksessa havaittiin, että nuoruuden riskitekijöitä voidaan kumota. Nuoruuden riskitekijätasot eivät automaattisesti seuraa aikuisuuteen asti, mikäli elämäntapoja muutetaan. Verisuoniston muutokset, kuten seinämien paksuuntuminen ovat palautuvia, mikäli elämäntapamuutokset aloitetaan nuoruudessa (Magnussen ym. 2012) Huono kestävyyskunto ja suurempi kehon rasvaprosentti ovat yhteydessä valtimoiden heikompaan joustavuuteen (Cote ym. 2015, Veijalainen ym. 2016, Haapala ym. 2017a). Veijalaisen ja tutkimusryhmän (2016) tutkimuksessa havaittiin erityisesti huonon kestävyyskunnon olevan itsenäinen valtimoiden jäykistymiseen yhteydessä oleva tekijä lapsilla. Kehon rasvaprosentilla havaittiin heikompi yhteys valtimoiden jäykkyyteen, mutta se selittyi tutkimuksessa osittain huonon kestävyyskunnon kautta. Myös Pahkalan ym. (2013) tutkimustulokset vahvistavat näkemystä, että nuorten huono kestävyyskunto vaikuttaa valtimoiden jäykistymiseen. Haapalan ja työryhmän (2017a) tutkimuksessa suuri vyötärönympärys oli yksi selittävä tekijä huonon kestävyyskunnon ja valtimoiden jäykkyyden välisessä yhteydessä nuorilla.
5 KORKEAINTENSITEETTINEN LIIKUNTA 5.1. Liikunnan intensiteetti ja HIIT-harjoittelu Intensiteetti kuvastaa liikunnan tehoa ja kuormittavuutta. Kuormittavuutta voidaan arvioida sykkeen nousuna sekä kiihtyneenä hapenkulutuksena. Liikuntasuorituksen tai työn kuormittavuutta voidaan kuvata myös MET-arvoina. Kuormittavuutta voidaan arvioida joko absoluuttisina arvoina tai suhteuttaa henkilön kuntoon, kuten kuvata sitä esimerkiksi prosentteina maksimisykkeestä. Matalan intensiteetin aktiviteetteja ovat television katselu ja rauhallinen kävely, METarvoina kuvattuna < 3. Keskiraskaita aktiviteetteja ovat mm. rauhallinen pyöräily tai kävely n. 6 km/h, MET-arvoina 3-6. Korkean intensiteetin aktiviteetteja ovat juoksu >8 km/h, voimistelu tai hyppynarulla hyppiminen, MET-arvoina >6. Juoksu yli 15 km/h vastaa MET-arvoa 15 (Kutinlahti 2018b). Korkeaintensiteettiseksi liikunnaksi määritellään liikunta, jonka teho on vähintään 85 %- 90 % VO2max-arvosta tai 90-95 % HRmax-arvosta. Korkeaintensiteettinen liikunta koetaan suoritushetkellä hyvin raskaaksi ja suoritustasoa ei voida pitää yllä pitkiä aikoja kerrallaan (Wisløff ym. 2009). Korkeaintensiteettisissä intervalliharjoituksissa (high intensity interval training, HIIT) työjaksojen määrä ja kesto sekä lepojaksojen määrä ja kesto vaihtelevat. Työjaksot voivat vaihdella muutamista sekunneista muutamiin minuutteihin ja ovat intensiteetiltään hyvin raskaita, jolloin intensiteettiä ei voida ylläpitää pidempiä jaksoja. Työjaksojen välissä olevat lepojaksot ovat kestoltaan ja laadultaan myös vaihtelevia ja niiden kesto on yleensä suhteutettu työjakson kestoon. Lepojaksot voivat olla matalampitehoista liikuntaa tai totaalilepoa. Työjaksojen määrä vaihtelee myös laajasti yhdestä jaksosta ylöspäin aina useisiin kymmeniin. Erilaisista HIIT-harjoitusprotokollista yksikään ei ole vielä noussut ylitse muiden (Wisløff ym. 2009, Laursen 2010, Ramos ym. 2015). Korkeaintensiteettinen liikuntasuoritus vie aikaa vähemmän kuin perinteinen aerobinen harjoituskerta. HIIT-harjoittelua on ehdotettu yhdeksi ratkaisuksi liikunnan määrän
lisäämiseksi ajankäytön tehokkuuden näkökulmasta niin nuorille kuin aikuisillekin (Costigan ym. 2015, Engel ym. 2018). Lapsille tyypillinen liikkuminen koostuu lyhyistä, intervallimaisista pyrähdyksistä. Pyrähdysten aikana syke ja hengitys tihentyvät merkittävästikin. Tämän tyyppinen liikunta yhdistää keskiraskaan ja raskaan liikunnan ja täyttää liikuntasuositusten vaatimukset suorituksen rasittavuudesta. Yksittäinen liikuntasuoritus voi yhtä aikaa olla sekä aerobista että luuston ja lihaksiston kuntoon vaikuttavaa liikuntaa (Vuori 2005). 5.2 Liikunta, HIIT-harjoittelu ja kestävyyskunto Säännöllinen fyysinen aktiivisuus saa aikaan lukuisia positiivisia vaikutuksia sydän- ja verenkiertojärjestelmään ja kehittää tai auttaa pitämään yllä kestävyyskuntoa. Toisaalta riittävän kestävyyskunnon ylläpitäminen vaatii jatkuvaa fyysistä aktiivisuutta. Säännöllisen liikunnan tiedetään johtavan sellaisiin sydämen fysiologisiin muutoksiin, jotka auttavat suojaamaan sydän- ja verenkiertoelimistön sairauksilta (Makar & Siabrenko 2018). Pääosa liikunnan terveydellisistä vaikutuksista perustuu aineenvaihdunnan ja elintoimintojen muutoksiin. Erilaisilla liikunnan muodoilla (mm. aerobinen harjoittelu, voimaharjoittelu, taitoharjoittelu) on tutkimusten valossa eri vahvuista vaikutusta kestävyyskunnon kehittymiseen. Pitkäkestoista aerobista liikuntaa on pitkään pidetty parhaana tapana kehittää kestävyyskuntoa (Makar & Siabrenko 2018). HIIT-harjoittelun on havaittu parantavan sydän- ja verenkiertoelimistön kuntoa (VO2max) sekä madaltavan painoindeksiä ja rasvaprosenttia enemmän kuin pitkäkestoinen aerobinen harjoittelu (Costigan ym. 2015). Vyötärönympäryksen ja lihaskunnon muutokseen HIIT-harjoittelulla ei ollut merkittävästi suurempi vaikutus. Intervention kestolla oli merkitystä kehon koostumukseen saatuun vaikutukseen siten, että merkittävä vaikutus saatiin lähinnä yli 8 viikkoa kestävissä tutkimuksissa (Ramos ym. 2015, Bond ym. 2017). Costiganin ym. (2015) katsauksessa intervention kesto ei ollut määrittävä tekijä tulosten merkitsevyydessä.
Sydänlihaksen harjoitusvasteet, kuten supistumisominaisuuksien kehittyminen, paranevat enemmän korkeaintensiteettisellä liikunnalla kuin matalaintensiteettisellä liikunnalla (Kemi ym. 2005). HIIT-harjoittelu lisää lihasten kykyä käyttää happea vastaavalla tavalla kuin pitkäkestoinen, perinteinen aerobinen harjoittelu. Vaikutusten saamiseksi HIITharjoittelun volyymi voi olla merkittävästi vähäisempi (Burgomaster ym. 2008). Perinteistä aerobista harjoittelua pienempivolyymisellä HIIT-harjoittelulla voidaan ylläpitää hyväkuntoisen kestävyysurheilijan suorituskykyä sekä lisätä palautumiskykyä sarjojen välillä sekä suoritustehoa supramaksimaalisissa suorituksissa. Liikuntasuorituksen keston ja intensiteetin sekä lepovaiheiden keston ja laadun muokkaaminen vaikuttavat harjoitettaviin energiantuottotapojen suhteellisiin osuuksiin (Laursen 2010). Kokeneiden urheilijoiden harjoittelussa iso osa on yleensä matalasykkeistä, jopa alle aerobisen kynnyksen tapahtuvaa liikuntaa. On ehdotettu, että tällainen suurivolyyminen, matalaintensiteettinen liikunta luo tarvittavan pohjan korkeampitehoisen liikunnan vaikutuksille. Tällainen liikunta saattaa myös auttaa kehonkoostumuksen sekä neuromuskulaaristen vaikutusten optimoinnissa urheilusuorituksen näkökulmasta (Laursen 2010). Alle aerobisen kynnyksen tapahtuva liikunta ei Billatin ym. (1999) tutkimuksen mukaan aiheuta autonomisen hermoston ärsytystä, mikä puoltaa matalaintensiteettisen liikunnan käyttöä palauttavana harjoitteluna. Autonomisen hermoston liiallinen ärsytys esimerkiksi jatkuvalla HIIT-harjoittelulla ilman riittävää palautumista voi johtaa alipalautumiseen (Laursen 2010). Suurivolyymisellä matalan intensiteetin liikunnalla ja korkeaintensiteettisellä pienivolyymisellä liikunnalla on erilaiset aineenvaihdunnalliset reitit, jotka kehittävät ATP:n (adenosiinitrifosfaatti) muodostusta aerobisesti ja täten kehittää kestävyyskuntoa. On mahdollista, että näiden eri reittien harjoittaminen lisää harjoitusvasteiden kokonaismäärää (Laursen 2010).
5.3 Liikunnan intensiteetin vaikutus kardiometabolisiin riskitekijöihin Tuoreen suomalaisen pitkittäistutkimuksen mukaan korkean intensiteetin liikuntaa enemmän harrastaneiden lasten sydän- ja verisuonitautien riskitekijäkerroin oli matalampi. Samassa tutkimuksessa havaittiin passiivisen ajankäytön korreloivan samaisiin muuttujiin negatiivisesti. Sydän- ja verisuonitautien riskitekijäkerroin tässä tutkimuksessa sisälsi seuraavat muuttujat: rasvaprosentti, vyötärönympärys, paastoinsuliini, glukoositaso, verenpaine, triglyseridi sekä HDL-kolesterolitaso. Näistä muuttujista laskettiin sukupuolen ja iän mukaisesti mallinnetut riskitekijätasot (Väistö ym. 2019). Bakerin ym. (2017) katsaus vahvistaa näkemystä veriarvojen parantumisesta akuutisti HIIT-harjoittelun seurauksena. Yksittäinen korkeaintensiteettinen liikuntasuoritus myös pienentää aterianjälkeistä veren rasvaisuutta ja parantaa insuliiniherkkyyttä (Bond ym. 2017). Jo lyhyen (2 viikkoa) kestävän HIIT-harjoittelun on havaittu parantavan nuorten verisuonten endoteelin toimintaa ja sykevälivaihtelua. Muutokset palautuivat takaisin lähtötasoon kolmessa päivässä, mikä kuvastaa liikuntaharrastuksen säännöllisyyden tarvetta. Tässä tutkimuksessa ei havaittu muutoksia perinteisissä sydän- ja verisuonitautien riskitekijöissä, mikä voi johtua intervention lyhyestä kestosta (Bond ym. 2015). Yksittäinen liikuntasuorituskin vaikuttaa verisuonten toimintaan akuutisti. Bondin ja työryhmän (2015b) tutkimuksessa havaittiin korkeamman intensiteetin liikuntasuorituksen aiheuttavan nuorilla suuremman vaikutuksen verisuonten toimintaan 1 ja 2 tuntia suorituksen jälkeen. Keskiraskaan suorituksen vaikutukset olivat osittain saman suuntaisia, mutta pienempiä. Liikuntasuorituksen intensiteetin lisääminen lisäsi vaikuttavuutta merkitsevästi (Bond ym. 2015b). Yksittäinen erittäin raju HIIT-suoritus heikentää verenvirtauksen aiheuttamaa valtimoiden laajenemista (FMD, flow mediated dilation) hetkellisesti, mutta parantaa sitä merkitsevästi 1h ja 2h suorituksen jälkeen. Aerobinen liikunta ei katsauksen tutkimusten mukaan saanut aikaan vastaavaa ilmiötä (Bond ym. 2017). Bondin ym. (2017) käsitteli katsausartikkelissaan HIIT-harjoittelun akuutteja terveysvaikutuksia lapsilla ja nuorilla. Katsauksen mukaan liikunnan yksittäisen
harjoituskerran vaikutukset ovat sydän- ja verisuonitautien riskitekijöiden näkökulmasta suuria. Monessa katsauksessa arvioiduista tutkimuksista oli havaittu liikunnan intensiteetillä olevan vaikutusta terveysvaikutusten laajuuteen. Yksittäisen HIITsuorituksen terveyshyödyt on havaittu olevan vähintään yhtä suuret kuin matalatehoisen aerobisen liikuntasuorituksen, ja toisten tutkimusten mukaan suuremmat kuin energian kulutukseltaan samanlaisen aerobisen suorituksen. Ylipainoisuus rasvaprosenttina, vyötärönympäryksenä tai painoindeksillä arvioituna on liitetty nuorilla kohonneeseen sydän- ja verisuonitautien riskitekijätasoon (Baker ym. 2017). Ylipainoisuuden hoitomuotona on perinteisesti suositeltu aerobisen liikunnan lisäämistä jokapäiväiseen liikuntaan. Bakerin ym. (2017) katsauksessa harjoitteluinterventioiden vaikutukset kehonkoostumukseen olivat vaihtelevia, mutta vaikutukset muihin riskitekijöihin olivat tilastollisesti merkitseviä lähes kaikissa tutkimuksissa. 5.4 Liikunta, HIIT-harjoittelu ja valtimojäykkyys Valtimoiden jäykistymisellä ja fyysisellä passiivisuudella on havaittu yhteyksiä. Vastaavasti fyysisellä aktiivisuudella on havaittu olevan valtimoiden jäykistymistä hidastava vaikutus. 7500-10000 askelta päivässä liikkuva henkilö on liikunnallisesti melko aktiivinen, yli 10000 askelta päivässä ottava puolestaan jo liikunnallisesti aktiivinen (Mustajoki 2018). Cavero-Redondo (2019) tutkimusryhmineen havaitsi katsauksessaan, että askelmäärällä mitattu aktiivisuus oli yhteydessä matalampaan pulssiaallonnopeuteen. Vastaavasti pienemmät askelmäärät olivat yhteydessä suurempaan pulssiaallonnopeuteen. Tutkimustulos viittaa siihen, että jo fyysinen aktiivisuus on valtimojäykkyyden näkökulmasta tärkeää (Cavero-Redondo ym. 2019). Säännöllinen aerobinen liikunta ehkäisee valtimoiden jäykistymistä ja saattaa peruuttaa jo tapahtuneita muutoksia valtimojäykkyydessä (Miyachi 2013). Aerobisella liikunnalla ei kuitenkaan ole havaittu vaikutusta valtimoiden jäykkyyteen ylipainoisilla aikuisilla ja korkeasta verenpaineesta kärsivillä aikuisilla Monteron ym. (2014a ja 2014b) katsauksissa. Matalaintensiteettisemmällä, systolisen verenpaineen laskuun tähtäävällä aerobisella liikunnalla saattaa kuitenkin olla positiivinen vaikutus valtimojäykkyyteen