LIIKUNNAN vaikutus LIHAKSEEN Liikunta vaikuttaa lihaksen toimintaan monella eri tasolla. Se lisää lihaksen kestävyyttä, tehoa, voimaa yhtä hyvin kuin äärirasituksen sietokykyäkin. Se vaikuttaa sekä lihaksen rakenteeseen että toimintaan. Liikunnalla on myös monia positiivisia vaikutuksia koko ihmisen fyysiseen, psyykkiseen ja sosiaaliseen elämänhallintaan. Tässä artikkelissa käsitellään lihaksen rakenteellisia ja toiminnallisia tekijöitä, energiantuotannon yleisiä periaatteita, elimistön energiavarastoja, energiantuottoa erilaisissa liikuntasuorituksissa sekä liikunnan ja liikkumattomuuden vaikutuksia lihakseen. LIHAKSEN RAKENNE JA TOIMINNALLISET TEKIJÄT Lihaskudos Lihaskudokselle on ominaista ennen kaikkea supistumiskyky. Suurimman osan lihaskudoksesta muodostavat lihassolut eli lihassyyt. Lihaskudosta on kolmea lajia poikkijuovainen lihas, sileä lihas ja sydänlihas. Poikkijuovainen lihaskudos muodostaa lihaksia, joiden avulla ihminen liikkuu. Ne ovat tahdonalaisia lihaksia. Poikkijuovainen lihaskudos on muodostunut 5-50 mm pitkistä lihassyistä. Lihassyyt ovat asettuneet lihaksen pituussuuntaan ja ne ovat täynnä pituussuuntaisia myofibrillejä, jotka koostuvat ohuista myofilamenteista. Fibrillit muodostuvat pitkässä jonossa peräkkäin olevista perusyksiköistä, sarkomeerestä. Filamenttejä on aktiinifilamentteja ja myosiinifilamentteja. Filamentit koostuvat valkuaisainemolekyyleistä ja ne ovat toistensa lomassa. Sileä lihaskudos muodostaa erityisesti lihaskerroksia putkimaisten ja pussimaisten elinten seinämiin. Tällaisia ovat esim. verisuonten, hengityselinten ja ruoansulatuskanavan lihaskerrokset. Sydänlihaskudosta on sydämessä ja sillä sekä poikkijuovaisen että sileän lihassolun ominaisuuksia.
Lihassupistus Poikkijuovaisen lihaksen supistuksen eli kontraktion saa aikaan aksonin haaraa pitkin tulevat hermoimpulssit, jotka siirtyvät lihassoluun hermo-lihasliitoksen kautta. Motorisen päätelevyn kohdalta alkanut aktiopotentiaali kulkee pitkin lihassyyn kalvoa samalla tavoin kuin aksoninkin kalvossa. Se leviää myös lihassyyn sisään. Lihassolun sisällä sijaitseva sarkoplastimaattinen kalvosto vapauttaa aktiopotentiaalin aikana kalsiumioneja, jonka vaikutuksesta aktiini reagoi myosiinin kanssa. Lihaksen rakenne Lihaksen tärkeimmät rakenteelliset tekijät ovat verisuonet, lihassolut, solujen rakenteelliset osat ja sidekudos. Lihaksessa on lihaskudoksen lisäksi sidekudosta, joka vähentää lihaksen repeytymisvaaraa. Lihasrungon molemmissa päissä on jänteinen osa, jonka avulla lihas kiinnittyy, yleensä luuhun tai rustoon. Lihasta ympäröi sidekudoksinen peitinkalvo. Lihaksen molemmat päät eivät ole koskaan kiinni samassa luussa. Lihakset kulkevat yhden tai joskus kahdenkin nivelen yli luusta toiseen. Supistuessaan ne koukistavat niveltä ja kahden nivelen ylittäessään myös ojentavat toista niveltä ja aiheuttavat näin liikettä. Lihaksen toiminta Lihaksen supistusvoima riippuu ennen kaikkea siitä montako motorista yksikköä siinä toimii. Lisäksi supistusvoimaan vaikuttaa mm. lihassyiden laatu ja liikehermosyiden impulssien tiheys, liikkeen nopeus ja lihassyiden pituus ennen liikkeen alkamista. Lihassyitä on kahta päälajia, nopeita ja hitaita, joita on yleensä sekaisin lihaksessa. Punaiset lihakset ovat hitaita, mutta kestäviä, sillä niissä on pääasiassa hitaita lihassyitä. Valkeissa lihaksissa on vastaavasti runsaasti nopeita lihassyitä. Valkeat lihakset ovat nopeita reagoimaan, mutta myös väsymään, sillä ne eivät käytä happea niin tehokkaasti kuin punaiset. LIHAKSEN ENERGIANTUOTANNON YLEISET PERIAATTEET Lihaksen tärkeimmät toiminnalliset tekijät ovat ravinteiden ja hapen saanti, energiavarastot, aineenvaihdunnan aktiivisuus (anaerobinen eli ilman happea ja aerobinen hapen avulla tapahtuva aineenvaihdunta) sekä kuonaaineiden kertyminen ja poistuminen. Ruoan sisältämä energia muuttuu muotoon, jota lihakset voivat käyttää hyväkseen. Lyhyitä ja nopeita suorituksia varten energiaa (korkeaenergisiä fosfaattiyhdisteitä ATP:tä eli adenosiinitrifosfaattia ja KP:tä eli kreatiinifosfaattia) on pieniä määriä varastoituneena lihassolun eri osiin. Lihastyön jatkuessa energiaa tuotettaan lihaksen rasva- ja glykogeenivarastoista. Verenkierron ja hikoilun avulla tapahtuva haihtuminen suojaa kehoa liialliselta kuumenemiselta ja kuona-aineiden, maitohapon ja hiilidioksidin kertymiseltä. Veri kuljettaa energiantuotannossa syntyneet palamisjätteet pois. Se kuljettaa hiilidioksidin uloshengitykseen ja maitohapon maksan poltettavaksi. Adenosiinitrifosfaatti ja kreatiinifosfaatti ATP:tä eli adenosiinitrifosfaattia on varastoituneena lihassolun eri osissa: sarkoplasmisessa retikulumissa, mitokondrioissa ja sytoplasmassa. Tämän lisäksi ATP:tä on varastoituneena aktiini- ja myosiinikomponenttia yhdistävissä aktiivisissa välisilloissa. Lihastyössä on todettu ATP ja KP -pitoisuuden pienenevän. Ei kuitenkaan tiedetä onko yhteys kausaalinen vai ilmenevätkö reaktiot samanaikaisesti. Varastot pienenevät eniten korkeatehoisessa lihastyössä, jossa lihaksen toimintakyky heikkenee jyrkästi paikallisen lihasväsymyksen takia 0,5-15 minuutissa. Lihas elpyy ja voima palaa pikemmin nopeissa kuin hitaissa lihassoluissa.
Glykogeeni Lihastyössä sisäiset glykogeenivarastot pienenevät. Glykogeenivarastot ovat tasaisesti jakautuneet sekä hitaisiin että nopeisiin lihassoluihin. Pienillä staattisilla lihassupistusvoimakkuuksilla glykogeeniä kuluu ensisijaisesti hitaista lihassoluista ja suuremmilla voimilla lähinnä nopeista lihassoluista. Erityisesti adrealiini edistää glykogeenin hajoamista. Kestävyysharjoittelulla voidaan lisätä lihaksen sisäisiä glykogeenivarastoja ja siten viivästyttää varastojen loppumista ja parantaa lihaskestävyyttä. Vapaat rasvahapot Lihaksen sisäinen glykogeeni on ensisijainen energialähden voimakastehoisessa lyhyessä lihastyössä samoin kuin ensimmäisen 10 minuutin aikana kohtuullisella teholla tehdyssä työssä. Seuraavien 10-20 minuutin aikana vapaiden rasvahappojen ja triklyseridien pitoisuus veressä nousee. Pitkään kestävässä matalatehoisessa lihastyössä saadaan energia vapaista rasvahapoista ja triglyserideistä sekä glykogeenistä. Vapaiden rasvahappojen käyttö lihaksen energia-aineenvaihdunnassa riippuu siitä, miten vapaat rasvahapot pystytään siirtämään rasvakudoksesta. Kestävyysharjoittelu lisää rasvahappojen ja triglyseridien käyttöä energianlähteenä, mikä säästää glykogeenivarastoja ja lisää kestävyyttä. Kestävyysharjoittelu lisää myös vapaiden rasvahappojen kuljettamista mitokondrioihin. Happi Riittävä hapensaanti on lihakselle elintärkeä pitkäkestoisessa dynaamisessa lihastyössä. Staattisessa lihastyössä hapenpuute ei rajoita terveen ihmisen suorituskykyä, koska ATP, KP ja glykogeeni ovat silloin pääasialliset energialähteet. Energiavarastot ATP:n ja KP:n varastojen suuruudella ei ole juurikaan merkitystä arkipäivän liikunnassa. Keskeiset energialähteet ovat lihasten ja maksan glykogeenivarastot ja rasvakudos. Lihaksen glykogeenivarastoja voidaan kasvattaa 1,5-2 kertaiseksi harjoittelulla ja hiilihydraattipitoisella ruokavaliolla. ENERGIANTUOTTO ERILAISISSA LIIKUNTASUORITUKSISSA Lihaksen energiatuotto ja -lähteiden käyttö vaihtelee suorituksen tehon ja keston mukaan. Lihas pyrkii tuottamaan liikunnan vaatiman energian suorituksen kannalta tehokkaimmalla mutta myös taloudellisimmalla tavalla. Aineenvaihduntatapaan ja energiakulutukseen vaikuttaa ratkaisevasti harjaantuneisuus suoritukseen. Paljon liikuntaa harrastaneiden elimistö toimii taloudellisemmin ja tehokkaammin kuin vain vähän liikuntaa harrastaneen. Nopeutta ja voimaa vaativassa liikuntasuorituksessa, 1-7 sekunttia esimerkiksi yksittäisessä hypyssä, heitossa tai pallopelin lyhyessä pyrähdyksessä lihakset tuottavat energian ATP:stä ja KP:stä. Äärimmäiseen uupumukseen johtavassa lyhytkestoisessa liikuntasuorituksessa, 7 sekuntia - 2 minuuttia, esimerkiksi 200 tai 400 metrin juoksussa, uinnissa tai pallopelin tiukassa taistelutilanteessa energia tuotetaan ilman happea anaerobisesti. Lihaksiin syntyy happivelka ja maitohappea. Energialähteinä ovat KP ja lihasglykogeeni. Lyhytaikaisessa kestävyyttä vaativassa liikuntasuorituksessa, 2-15 minuuttia, esimerkiksi Cooperin testi energia tuotetaan pääasiallisesti hapen avulla. Energialähteinä ovat hiilihydraatit, erityisesti lihaksiin varastoituneet glykogeenit. Pitkäaikaista kestävyyttä vaativassa liikuntasuorituksessa, 15 minuuttia - 2 tuntia, esimerkiksi kävelyssä, hiihdossa, juoksussa ja suunnistuksessa energia tuotetaan hapen avulla aerobisesti. Kevyessä liikunnassa energialähteinä ovat rasvat, mutta omaa maksimisuoritusta lähellä olevassa liikunnassa glykogeenit.
Ylipitkissä liikuntasuorituksissa, yli 2 tuntia, jopa yli 4 tuntia, esimerkiksi kävelyssä, hiihdossa, pyöräilyssä tai vaelluksessa energia tuotetaan hapen avulla. Energialähteenä on lähes pelkästään rasvat. HARJOITTELUN VAIKUTUS LIHAKSEEN Liikunta vaikuttaa sekä lihaksen rakenteeseen että toimintaan. Liikunnan vaikutuksen laatu riippuu ratkaisevasti lihastyön laadusta ja kestosta. Harjoittelu voidaan jakaa karkeasti kolmeen tyyppiin voima ja tehoharjoitteluun, nopeusharjoitteluun ja pitkäkestoisen kestävyyden kehittämiseen. Erilaiset liikunnan muodot vaikuttavat eri tavoin lihaksen rakenteeseen ja aineenvaihduntaan. Voimaharjoittelu kasvattaa harjoituksessa kuormittuvia lihaksia. Lihassolujen määrä ei lisäänny vaan solujen koko kasvaa. Lihaskasvu on suurinta nopeissa lihassoluissa, mutta myös hitaat lihassolut kasvavat jonkin verran. Voimaharjoittelun aikaansaama lihasvoiman lisäys on usein suurempi kuin lihaksen poikkipinta-alan kasvusta voisi päätellä koska lihassupistukseen osallistuvien hermoyksiköiden määrä lisääntyy voimaharjoittelun aikana. Pelkän voimaharjoittelun seurauksena lihaksen hapenottokyky heikkenee lihaksessa tapahtuvien muutosten vuoksi. Mitokondrioiden määrä vähenee, energiavarastot (erityisesti rasvahapot) pienevät ja hiusverisuonten määrä suhteessa lihaksen pinta-alaan laskee. Vaikka voimaharjoittelu voikin heikentää lihaksen kestävyysominaisuuksia se tehostaa lihaksen muuta energiantuottoa. Ilman happea energiaa tuottavien entsyymien aktiviteetti lisääntyy ja ATP ja KP pitoisuudet lisääntyvät. Nopeusharjoittelu kuten pikajuoksu, ei erityisemmin kasvata nopeiden eikä hitaiden lihassolujen kokoa eikä lihassolujen ympärillä olevien hiusverisuonien määrä muutu. Runsas nopeusharjoittelu voi silti parantaa hapenottokykyä. Nopeusharjoittelu vaikuttaa anaerobisen aineenvaihdunnan tehokkuuteen. Kestävyysharjoittelu kuten pitkän matkan juoksu tai hiihto kasvattaa erityisesti hitaita lihassoluja, mutta myös jonkin verran nopeita. Vuosia jatkuva kestävyysharjoittelu muuttaa nopeiden solujen aineenvaihduntaa. Se muuttuu vähitellen entsyymipitoisuudeltaan hitaiden solujen suuntaan. Anaerobiseen energiatuotantoon kestävyysharjoittelu ei juurikaan vaikuta. Kestävyysharjoittelun vaikutuksesta lihaksessa tapahtuu muutoksia jotka parantavat hapenottokykyä. Kestävyysharjoittelun aiheuttamat keskeisimmät muutokset rakenteeseen ovat solujen ympärillä olevien hiusverisuonten tiheyden kasvu, rasituksessa avautuvien hiussuonten määrän kasvu, verenvirtauksen kokonaismäärän kasvu, lihaksen ravinnon saannin paraneminen ja hiussuonten seinämien kaasujen läpäisemiskyvyn ja solujen hapensaannin tehostuminen. Keskeiset muutokset energiantuotannossa ja tehokkuudessa ovat mitokondrioiden määrän lisääntyminen ja koon kasvu, lihakseen varastoituneen glykogeenin ja rasvan määrän kasvu ja niiden hyväksikäyttöön osallistuvien entsyymien aktiivisuuden nousu sekä happiaineenvaihduntaan osallistuvien keskeisten entsyymien aktiivisuuden nousu. LIIKUNNAN AIHEUTTAMA LIHAKSEN YLIRASITUS Eksentrisen lihastyön aiheuttama ylirasitus Intensiivinen kuntoilu, varsinkin jos siihen kuuluu runsaasti eksentristä lihastyötä, saattaa aiheuttaa sarkomeerien ylivenymistä, josta on seurauksena vaurio. Kuntoilun aiheuttamasta rasituksesta seuraa muutoksia myös lihaskalvoissa, mikä johtaa solun kalsiumtasapainon häiriintymiseen. Tästä seuraa solun sisäisen kalsiummäärän lisääntyminen, joka aiheuttaa seuraavien päivien aikana lihasten myofibrillien ja solukalvon lisärappeu-
tumista. Tämä johtuu todennäköisesti kalsiumin aiheuttamasta lihasentsyymien aktivoitumisesta. Lisäksi lihaksen fosfokreatiinitasot voivat pysyä alhaalla jopa 7 päivää rajun kuntoilun jälkeen. Samanaikaisesti selvät merkit lihas- ja soluvaurioista ovat havaittavissa verestä, kuten kreatiinikinaasi. Kuntoilun aiheuttama vaurio myofibrilleissa ja supistukseen liittyvissä rakenteissa saattaa olla päätekijä pitkään jatkuvassa lihasvoiman alenemisessa, joka on havaittavissa fyysisen ylirasituksen yhteydessä. Lihaksen suorituskyvyn palautuminen eksentrisen lihastyön jälkeen Lyhytaikainen lihasväsymys joka poistuu muutamassa tunnissa kuntoilun jälkeen, liittyy lihassolujen supistumiskyvyn väliaikaiseen heikkenemiseen. Liikunnan aiheuttamat muutokset lihaksissa esim. PH:n lasku, kaliumin menetys, ATP:n loppuminen, lihaksen glykogeenivarastojen häviäminen, kalsiumtasapainon häiriintyminen tai paikallinen hapenpuute saattavat olla syitä, jotka liittyvät lihaksen supistumiskyvyn häiriöön intensiivisen liikunnan aikana ja sen jälkeisenä väsymyksenä. On todennäköistä, että yksi lihasvoiman menetykseen liittyvä tekijä, joka seuraa intensiivistä liikuntaa, on lisääntynyt solun sisäinen happamuus, joka voi johtua maitohapon muodostumisesta ja kaliumin vähenemisestä. Happamuus todennäköisesti vaikuttaa lihaksen myofibrillien kykyyn tuottaa voimaa joko vähentämällä muodostuvien poikkisiltojen kokonaismäärää, tai yhden poikkisiltojen tuottamaa voimamäärää. Ylirasituksen aiheuttama lihaskipu Lihaskivun aiheuttajia ei edelleenkään täysin tunneta. Kipu on merkki suhteettomasta rasituksesta, kovasta liikunnasta. Kipu ja tulehdus kuuluvat kuitenkin lihaksen toimintaan. Rasituksen jälkeen lihakseen syntyy tulehdus, joka kivuntuntemisen ohella pienentää lihaksen voimaa. Lihaskipu kuuluu kuitenkin lihaksen voimistumistapahtumaan. Lihaskipuun voidaan määrätä kipulääkitystä, mutta mysteeriseksi asian tekee se, että tulehduksen poisto hidastaa paranemista. Elimistö on suunniteltu siten, että kipu ja tulehdus kehittävät lihasta. Lihaksen kehittymiseen kivun ja tulehduksen kautta vaikuttavia mekanismeja ei täysin tunneta. Lihaksen verenkiertoa, hapen ja ravinnon saantia lisäämällä voidaan mahdollisesti vaikuttaa positiivisesti edellä mainituihin asioihin. Parantunut verenkierto saattaa edistää maitohapon poistumista lihaksesta ja edistää näin palautumista. Kevyellä liikunnalla heti intensiivisen toiminnan jälkeen vaikutetaan positiivisesti lihasverenkiertoon, joka edistää paranemista normalisoimalla nämä tekijät. LIIKKUMATTOMUUDEN VAIKUTUS LIHAKSEEN Lihaksen käyttämättömyys johtaa lihaksen surkastumiseen. Lihassolujen poikkipinta-ala pienenee ja sekä nopeat että hitaat lihassolut surkastuvat. Surkastumisen seurauksena lihasvoima heikkenee. Lihaksen toiminta heikkenee kaikilta aineenvaihdunnan ominaisuuksiltaan liikkumattomuudesta. Hapenkäyttökyky heikkenee, rasvojen hyväksikäyttö vähenee, anaerobisen energiatuotannon teho laskee, lihaksen energiavarastot (erityisesti lihasglykogeenin) määrät pienenevät ja ATP:n ja KP:n pitoisuudet vähenevät. YHTEENVETO Paljon liikuntaa harrastaneiden elimistö toimii taloudellisemmin ja tehokkaammin kuin vain vähän liikuntaa harrastaneen. Liikunta lisää lihassoluissa olevien fibrillien ja lihaksen repeytymistä estävää sidekudoksen määrää ja kasvattaa valkuaisainetuotannon määrää. Lihaksen teho ja voima lisääntyvät ensin hermostollisista syistä ja myöhemmin lihaksen kasvun vaikutuksesta. Lihaksen kestävyys voi lisääntyä, pysyä ennallaan tai voimaharjoittelun yhteydessä jopa vähentyäkin. ATP:n ja KP:n määrä lisääntyy ja anaerobinen energiantuotannon teho lisääntyy nopeusharjoittelussa. Mitokondrioiden määrä ja hapen hyväksikäytössä tärkeiden entsyymien aktiivisuus lisääntyy. Kestävyys paranee koska rasvavarastot ja rasvojen hyväksikäyttö tehostuu. Rasituksen sietokyky paranee koska glykogeenivarastojen määrä lisääntyy. Rasituksessa kertyvien maitohappojen kertyminen vähenee, josta seuraa äärirasituksen siedon paraneminen.
Liikunnasta aiheutuneeseen lihaksen ylirasitukseen, kipuihin ja tulehdukseen, näyttäisi tämän päivän tieteellisen tutkimuksen valossa paras hoitokeino olevan liikunta. Yllättävää on, että vaikka nopeusharjoittelu lisää anaerobista suorituskykyä, anaerobisen energiatuoton entsyymien aktiivisuuksien ei ole kiistatta todettu kohoavan nopeusharjoittelulla. Kestävyysharjoittelun osalta asia on selkeä. Anerobisen energia-aineenvaihdunnan entsyymien aktiivisuus kohoaa lihaksessa jo kolmen viikon harjoittelun jälkeen. LÄHTEET Kolari, Maija - Louhevaara, Veikko 1995. Staattinen lihastyö: fysiologiset vaikutukset ja väsymisen ehkäisy.työ ja ihminen. Työympäristötutkimuksen aikakauskirja. 1/95 9. vuosikerta. Kukkonen, Sirkka - Piirainen, Arja 1990. Ihmisen perusliikkuminen ja sen edistäminen. Jyväskylä: Gummerus kirjapaino Oy. Nienstedt, Walter - Hänninen, Osmo - Arstila, Antti - Nienstedt, Irma 1992. Fysiologian ja anatomian perusteet. Porvoo: WSOY:n graafiset laitokset. Rehunen, Seppo 1997. Terveys ja liikunta. Jyväskylä: Gummerus kirjapaino Oy. Tiidus, Peter, M 1997. Manual massage and recovery of muscle function following exercise. Jospt 25, 2: 107-112. Tikkanen, Heikki 1997. Urheiluvammaseminaari. Luento.