17 Nopeus Marko Korhonen Räjähtävä nopeus 1 Liikkumisnopeus 3 Ikääntymisen vaikutukset nopeuteen 3 Nopeuden harjoitettavuus 5 Nopeus tarkoittaa kykyä reagoida ärsykkeeseen ja tuottaa tietty yksittäinen tai jatkuva liikesuoritus mahdollisimman lyhyessä ajassa. Nopeus luokitellaan usein kolmeen eri lajiin: reaktionopeuteen, räjähtävään nopeuteen ja liikkumisnopeuteen. Tässä yhteydessä tarkastellaan sen eri ilmenemismuodoista räjähtävää nopeutta ja liikkumisnopeutta. Räjähtävä nopeus ja liikkumisnopeus riippuvat pitkälti hermo-lihasjärjestelmän voimantuotto-ominaisuuksista. Kyky tuottaa voimaa nopeasti on merkityksellistä mm. tuolilta ylös nousussa ja kävelynopeudessa. Iäkkäillä henkilöillä voimantuottonopeuden säilymisen on havaittu ehkäisevän myös kaatumistapaturmia. Räjähtävä nopeus Räjähtävä nopeus kuvastaa hermo-lihasjärjestelmän kykyä tehdä yksittäinen liikesuoritus mahdollisimman lyhyessä ajassa. Räjähtävää nopeutta vaativat esimerkiksi erilaiset hypyt, heitot ja iskut, joista oman kehon massan liikuttamiseen (esimerkiksi hypyt) tarvitaan suurempaa maksimivoimatasoa kuin pienillä kuormilla tapahtuviin liikkeisiin (esimerkiksi iskut). Alaraajojen ojentajalihasten voimatuottonopeutta voidaan mitata sekä isometrisissä mittauksissa voima-anturilla varustetulla dynamometrilla että kontaktimatolla tai voimalevyllä tehtävillä hyppytesteillä. Isometrisissä mittauksissa tutkittava tuottaa maksimaalisen voiman liikkumatonta vastusta vastaan mahdollisimman nopeasti. Mittauksesta saadaan voima-aikakäyrä, josta voidaan laskea aika tietyn absoluuttisen tai prosentuaalisen voimatason saavuttamiseen supistuksen alusta (kuva 17.1). Voima-aikakäyrän muodon on osoitettu olevan jyrkempi eli voimantuotto tapahtuu lyhyemmässä ajassa niillä, joiden lihaksissa on enemmän nopeasti supistuvia soluja kuin henkilöillä, joilla on hitaampi solurakenne. Samanlainen ero on osoitettavissa myös hyppytesteissä. Kuvassa 17.2 nähdään kaksi erilaista vertikaalihypyn reaktiovoimakäyrää. Ne henkilöt, joiden ulommassa reisilihaksessa on suuri nopeiden solujen lukumääräinen osuus (yli 60 %) pystyvät tuottamaan samassa ajassa merkitsevästi enemmän voimaa kuin ne henkilöt, joilla on hidas solusuhde (nopeiden solujen osuus alle 40 %). Tästä syystä myös hyppykorkeus on lähes 10 % suurempi. Räjähtävän nopeuden riippuvuus nopeiden lihassolujen suhteellisesta osuudesta on ymmärrettävä, kun tarkastellaan yksittäisten hitaiden (tyyppi I) ja nopeiden (tyypit IIa ja IIx) lihassolujen supistumisominaisuuksia. Nopeat lihassolut supistuvat selvästi nopeammin ja tehokkaammin kuin hitaat solut, mikä selittyy ensisijaisesti nopei- 1
III Yksilön vanheneminen Kuva 17.1. Esimerkki jalkojen ojentajalihasten isometrisestä voima-aikakäyrästä. Voima-akselia voidaan analysoida ajan suhteen sekä absoluuttisena (N) että suhteellisena (% omasta maksimivoimasta). Kuvassa 75 %:n voimatason tuottamiseen kulunut aika on noin 0,3 sekuntia (mukailtu: Häkkinen 1990; 28). Kuva 17.2. Ponnistusalustaan tuotetut voima-aikakäyrät lihassolurakenteeltaan nopeilla ja hitailla koehenkilöillä (mukailtu: Bosco ja Komi, Eur J Appl Physiol 1979;41 280). den solujen korkeammalla myosiini-atpaasiaktiiviteetilla. Ihmisellä nopeimpien tyypin IIx lihassolujen supistumisnopeuden on osoitettu olevan jopa kymmenen kertaa ja tyypin IIa lihassolujen noin kolme kertaa hitaiden, tyypin I lihassolujen supistumisnopeutta suurempi. Voimantuottonopeus yksittäisissä liikesuorituksissa riippuu lihassolusuhteen ohella lihakseen tulevan hermotuksen tehokkuudesta, lihaksen poikkipinta-alasta, lihassolujen järjestäytymisestä sekä lihaksiston elastisuudesta. Keskeinen voimantuottonopeuteen vaikuttava tekijä on hermotuksen tehokkuus, eli keskushermoston kyky aktivoida mahdollisimman monta lihaksen motorista yksikköä suurella syttymistiheydellä. Nopeat motoriset yksiköt, joilla on korkeampi ärsytyskynnys, aktivoituvat vain erittäin nopeaa tai maksimaalista voimantuottoa vaativissa liikkeissä. Lihaksen hermotusta voidaan määrittää ihon pinnalta elektromyografia (EMG) -signaalista. Kuva 17.3 osoittaa lihaksen aktivoitumisnopeuden ja voiman tuottamiseen kuluneen ajan yhteyttä isometrisissä lihassupistuksissa. 2
17 Nopeus KorhoneN Kuva 17.3. Kyynärvarren ojentajalihasten aktivoituminen (EMG) ja isometrinen voima-aikakäyrä räjähtävässä suorituksessa kahdella eri koehenkilöllä. Kuvasta huomataan, että koehenkilöllä A lihaksen nopeampi aktivoituminen näkyy suurempana voimantuottonopeutena kuin henkilöllä B (mukailtu: Komi, Int J Sports Med 1986; 7: 11). Liikkumisnopeus Maksimaalinen liikkumisnopeus voidaan yleispätevästi määritellä kyvyksi edetä mahdollisimman nopeasti. Useat pallopelit (esimerkiksi tennis, jalkapallo) vaativat kykyä kiihdyttää kehoa eri suuntiin tapahtuvissa lähdöissä, kun taas esimerkiksi pituushypyssä painottuu saavutettu maksiminopeus. Pikajuoksusuoritus edellyttää kiihdytys- ja maksiminopeuden lisäksi nopeuskestävyyttä juoksunopeuden säilyttämiseksi maaliin asti. Koska juoksunopeus on askelpituuden ja askeltiheyden tulo, käytetään näitä muuttujia yleisimmin juoksusuorituksen arvioinnissa. Juoksunopeutta voidaan lisätä joko suurentamalla askeltiheyttä tai lisäämällä askelpituutta, tai parhaassa tapauksessa parantamalla kumpaakin muuttujaa samanaikaisesti. Merkittävä juoksun askelpituutta selittävä tekijä on alaraajojen lihassupistusten voima ja nopeus kontaktivaiheessa rataan. Hyvään askeltekniikkaan kuuluu päkiäkontakti, joka tehostaa lihas-jännesysteemin elastisen energian hyväksikäyttöä lisäten edelleen voimantuottoa ja sen nopeutta. Lihaskoordinaatiolla eli lihaksiston jännittymisen ja rentoutumisen vuorottelulla on myös tärkeä rooli toistuvissa (syklisissä) nopeusliikkeissä. Juoksussa suuri liiketiheys voidaan saavuttaa vain sillä edellytyksellä, että vaikuttaja- (agonisti) ja vastavaikuttajalihakset (antagonisti) supistuvat ja rentoutuvat oikeassa rytmissä eivätkä näin aiheuta lihaksistossa liikettä jarruttavia voimia. Kontaktivaiheessa tarvitaan kuitenkin hetkellisesti agonisti- ja antagonistilihasten yhteissupistusta jalan jäykkyyden lisäämiseksi, joka nopeuttaa voiman välittymistä. Pitempiaikaisissa nopeussuorituksissa aineenvaihdunnan energianlähteiden saatavuus on tärkeä suoritusta määrittävä tekijä. Nopeussuorituksissa energianlähteinä käytetään pääasiassa kreatiinifosfaattia ja maitohappoa tuottavaa anaerobista glykolyysiä. Energiantuotossa kreatiinifosfaatti on keskeinen 1 6 sekunnin maksimaalisessa lihastyössä, jonka jälkeen pääpaino siirtyy anaerobiseen glykolyysiin. Nopeiden lihassolujen anaerobinen kapasiteetti on suurempi kuin hitaiden lihassolujen, koska nopeilla lihassoluilla ovat ATP:n hajotukseen ja uudelleenmuodostamiseen tarvittavien entsyymien aktiivisuus huomattavasti suurempi kuin hitailla lihassoluilla. Ikääntymisen vaikutukset nopeuteen Ikääntymisen myötä voimantuottonopeus heikkenee, vaikka lihasten poikkipinta-alaan suhteutettu maksimivoima pysyisi miltei ennallaan. Suhteellisen voima-aikakäyrän avulla voidaan havainnollistaa sekä voimantuottonopeuden että maksimivoiman vähenemistä ikääntyvällä. Kuvasta 17.4 nähdään, että naisilla jalkojen ojentajalihasten voima-aikakäyrä loivenee nuorimmasta vanhimpaan ikäryhmään. Tämä osoittaa, että voi- 3
III Yksilön vanheneminen Kuva 17.4. Jalkojen ojentajalihasten suhteellinen voima-aikakäyrä kolmella eri ikäisellä naisryhmällä (mukailtu: Häkkinen ja Häkkinen, Eur J Appl Physiol 1991; 62: 412). mantuottoaika tietyn voimatason saavuttamiseen kasvaa ja että ikääntyminen johtaa suhteellisesti suurempaan jalkalihasten nopean voimantuottokyvyn kuin lihasten maksimivoiman heikkenemiseen. Kuva 17.5 esittää ikääntymisen vaikutusta esikevennyshyppyyn, joka kuvaa räjähtävää voimantuottokykyä ja lihaksiston elastisten osien toimintaa. Hyppytulos on parhaimmillaan noin 20 vuoden iässä miehillä ja noin 10 vuoden iässä naisilla, minkä jälkeen tulokset heikkenevät selvästi. Nopeusharjoittelutaustan omaavilla miesurheilijoilla hyppykorkeudet ovat selvästi suurempia kuin samanikäisillä harjoittelemattomilla henkilöillä. On huomattava, että hypyssä lihaksiston voimantuottoaika on suhteellisen pitkä ja vastusvoima (kehon paino) melko suuri, erityisesti iäkkäillä ihmisillä. Tällaisessa liikkeessä suoritukseen vaikuttaa iäkkäillä ihmisillä nopeusvoiman lisäksi myös maksimivoima. Koska kevennyshyppy on teknisesti melko vaativa, voi suorituksen huomattava heikkeneminen iän mukana heijastaa myös koordinaatiokyvyn eroja. Tulokset voimantuottonopeuden alenemisesta tukevat käsitystä, jonka mukaan lihasmassan väheneminen ikääntyvällä johtuu ensisijaisesti nopeiden II-tyypin lihassolujen pinta-alan ja lukumäärän pienenemisestä. Lisäksi on mahdollista, että ikääntyvän henkilön kyky rekrytoida nopeasti suuri joukko motorisia yksiköitä heikkenee. Kuva 17.5. Maksimaalisen ponnistuskorkeuden (kevennyshyppy) yhteys ikään harjoittelemattomilla miehillä ja naisilla sekä miespikajuoksijoilla (mukailtu: Bosco ja Komi, Eur J Appl Physiol 1980; 45: 214 ja Korhonen ym. J Appl Physiol 2006; 101: 906 17). Ikääntymisen vaikutuksia maksimaaliseen liikkumisnopeuteen on tutkittu varsin vähän. Liikkumisnopeuden ikääntymiseen liittyvien 4
17 Nopeus KorhoneN (ATP, kreatiinifosfaatti) on eräissä tutkimuksissa havaittu olevan iäkkäillä alhaisempia kuin nuoremmilla henkilöillä. Tulokset viittaavat siihen, että nopeussuorituskyvyn heikkeneminen iän mukana johtuu osittain elimistön kyvystä tuottaa energiaa anaerobisesti. Nopeuden harjoitettavuus Kuva 17.6. Miesten ja naisten 100 m:n juoksun maailmanennätykset eri ikäryhmissä (2012). muutosten tarkastelussa voidaan käyttää apuna eri ikäisten urheilijoiden huippusuorituksia. Verrattaessa sadan metrin juoksun maailmanennätystuloksia havaitaan, että ikävuosien 25 ja 75 80 välillä maksimaalinen juoksunopeus heikkenee miehillä keskimäärin noin 0,6 %:n ja naisilla noin 0,7 %:n vuosivauhdilla. Tämän jälkeen nopeussuorituskyvyn heikkeneminen kiihtyy ja on keskimäärin noin 2 % vuodessa sekä miehillä että naisilla (kuva 17.6). Veteraaniurheilijoilla ikääntymiseen liittyvä maksimaalisen juoksunopeuden aleneminen johtuu askelpituuden lyhenemisestä ja maakontaktiajan pitenemisestä, kun taas askeltiheys säilyy lähes muuttumattomana. Keskeinen mekanismi ikääntyvän juoksijan askelrakenteen ja suorituskyvyn muutoksissa on lihasmassan ja -voiman väheneminen, joka rajoittaa suurten kontaktivoimien tuottamista lyhyen maakontaktin aikana (kuva 17.7). Harjoitelleiden henkilöiden anaerobinen energiantuottokyky arvioituna maksimikuormituksen jälkeisestä veren laktaattipitoisuudesta heikkenee iän mukana, mutta selvimmin vasta 70. ikävuoden jälkeen. Lisäksi lihasten anaerobisten entsyymien aktiivisuuksien ja välittömien energiavarastojen Tutkimustietoa on erittäin vähän siitä, kuinka paljon iäkkäiden ihmisten juoksunopeutta voidaan harjoittelulla kehittää. Vain yhdessä laajemmassa tutkimuksessa on selvitetty liikunta-aktiivisuuden vaikutuksia maksimaaliseen eri ikäisten naisten juoksunopeuteen. Tulokset osoittivat, että suhteellisen vanhallakin iällä aloitettu liikuntaharjoittelu parantaa huomattavasti maksimaalista juoksunopeutta. Säännöllisesti liikuntaa harrastavien 40 70-vuotiaiden henkilöiden maksimaalisen juoksunopeuden havaittiin vastaavan keskimäärin 20 25 vuotta nuorempien harjoittelemattomien henkilöiden tasoa. Viime vuosina on saatu viitteitä siitä, että ikääntyneillä ihmisillä harjoittelun vaikutukset ilmenevät spesifisyysperiaatteen mukaisesti niissä ominaisuuksissa, joita harjoitetaan. Ikääntyneiden ihmisten voimaharjoittelututkimuksissa tämä vaikutusten spesifisyys on näkynyt mm. siten, että voimaharjoitteluohjelmat, jotka maksimivoimaharjoitteiden lisäksi ovat sisältäneet pienemmillä kuormilla ja suuremmilla nopeuksilla tapahtuvia liikkeitä, ovat kehittäneet maksimivoiman ohella myös nopeusvoimaominaisuuksia. Voimantuottonopeuden kasvun on arvioitu johtuvan kyvystä aktivoida lihaksen motorisia yksiköitä lyhyemmässä ajassa ja aikaisempaa enemmän. Tämän lisäksi yhdistetyssä nopeus- ja maksimivoimatyyppisessä harjoittelussa saavutetun lihasmassan kasvu on kohdistunut nopeisiin lihassoluihin, jotka ovat voimantuottonopeuden kannalta ratkaisevassa asemassa. Perusedellytyksenä voiman ja nopeuden kehittymiselle on elimistön fysiologinen ylikuormitus. Koko ikänsä harjoitelleilla huipputason veteraaniurheilijoilla on elimistön mukautumispotentiaali 5
III Yksilön vanheneminen Kuva 17.7. Kaavio maksimaalisen juoksunopeuden heikkenemisen taustalla olevista biomekaanisista sekä lihaksiston rakenteeseen ja voimantuottoon liittyvistä ikämuutoksista. Nuolet kuvaavat muuttujissa iän myötä tapahtuvaa pienenemistä ( ), ei muutosta ( ) ja kasvamista ( ). (Mukailtu: Korhonen ym. 2009; 4: 844 856). lähes kokonaan käytetty. Heille harjoitusvaikutusten saaminen on vaikeampaa kuin passiivisille tai kohtuullisesti liikuntaa harrastaville henkilöille. Ikääntymiseen liittyvien tiettyjen rajoitusten (mm. hitaampi palautumiskyky) takia veteraaniurheilijoiden voi olla vaikeaa ylläpitää aikaisempaa intensiivistä harjoittelua. Fyysisen suorituskyvyn on kuitenkin osoitettu säilyvän joillakin henkilöillä miltei muuttumattomana. Huipputason veteraanipikajuoksijoille tehdyn seurantatutkimuksen mukaan osalla urheilijoista maksimaalinen liikkumisnopeus (100 m:n juoksu) heikkeni 40 vuoden aikavälillä (20 60 vuotta) keskimäärin vain 0,1 0,3 % vuodessa. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että liikkumisnopeuden harjoitettavuus voi säilyä ainakin 60. ikävuoteen saakka erittäin hyvänä. Näiden urheilijoiden tulokset viittaavat siihen, että optimaalisella harjoittelulla voidaan vaikuttaa hermo-lihasjärjestelmään (mm. nopeisiin motorisiin yksiköihin) siten, että nopeussuorituskyvyn heikkeneminen hidastuu (kuva 17.8). Voimaharjoittelulla on keskeinen merkitys nopeusominaisuuksien ylläpidossa ja kehittämisessä. Raportoitujen tutkimustulosten perusteella iäkkäillä ihmisillä nopean voimantuottokyvyn kehittämiseksi pitää harjoittelun alussa olla 6
17 Nopeus KorhoneN Kuva 17.8. Pikajuoksu- ja hyppylajien veteraaniurheilijoilla liikkumisnopeus ja räjähtävä voimantuottokyky säilyvät erittäin hyvinä myöhäiseen ikään asti. Kuvassa 82-vuotias Aatos Sainio, joka kuuluu pituushypyssä ja kolmiloikassa ikäluokkansa maailman parhaimmistoon. (Kuva Angela Jimenez). hypertrofia- ja maksimivoimaperiaatteella tehtäviä harjoitteita sisältävät valmistavat jaksot, joilla varmistetaan elimistön hyvä perusvoimataso ja harjoitettavuus. Tämän jälkeen siirrytään suuremmalla liikenopeudella tehtävään nopeusharjoitteluun, mutta sen rinnalla jatketaan hypertrofia- ja maksimivoimaharjoittelua vähentäen kuitenkin niiden määrää. Nopeusvoimaharjoittelun alkuvaiheessa on suositeltavaa käyttää turvallisia liikeratoja sisältäviä voimalaiteharjoitteita. Mikäli henkilön kehon koordinaatiokyky ja perusvoimataso ovat hyviä, voidaan harjoittelun edetessä ottaa ohjelmaan mukaan myös vaativampia, koko kehoon kohdistuvia liikesuorituksia (esimerkiksi hyppyjä, juoksupyrähdyksiä). Voimavalmiuksiltaan heikommat ihmiset, kuten esimerkiksi kroonisesti sairaat, voivat myös harjoittaa nopeusvoimaominaisuuksiaan. Käytettäväksi soveltuvat esimerkiksi paineilmavastuksella varustetut kuntosalilaitteet, joilla harjoiteltaessa vastus on tasainen eikä liikelaajuuden äärialueillakaan tule lihaksille vaarallisia äkillisiä kuormituksen muutoksia. Tehokkaan harjoitusärsykkeen saamiseksi pitää nopeusvoimaharjoittelussa pyrkiä mahdollisimman suureen supistusnopeuteen. Yksittäisessä sarjassa käytettävän kuorman pitää olla noin 30 60 % ja toistojen lukumäärän noin 5 10. Yhteenvetona voidaan todeta, että kestävyyden ja voiman ohella myös nopeus on kehitettävissä ja ylläpidettävissä oleva ominaisuus iäkkäillä henkilöillä. Hyvinvoinnin, terveyden ja toimintakyvyn säilyttämiseksi iäkkäiden henkilöiden liikuntaohjelmassa pitäisi ottaa huomioon myös nopeusominaisuuksien harjoittaminen. Hermolihasjärjestelmän parantunut nopeudentuottokyky saattaa mm. vähentää iäkkään henkilön kaatumisriskiä. On tärkeää ottaa huomioon, että iän mukana mm. tuki- ja liikuntaelimistön rakenteissa tapahtuu muutoksia, jotka lisäävät loukkaantumisriskiä nopeusharjoitteissa. Ikääntyvän ihmisen nopeusharjoittelu pitää suunnitella yksilöllisesti huomioiden mahdolliset rajoitukset ja harjoitteluun liittyvät riskit. Kirjallisuutta Arampatzis A, Degens H, Baltzopoulos V, Rittweger J. Why do older sprinters reach the finish line later? Exerc Sport Sci Rev 2011; 39: 18 22. Conzelmann A. The plasticity of courses of physical performance in the second part of life. Kirjassa: Huber G, toim. Healthy aging, activity and sports. Gamburg: Health Promotion Publications, 1997, s. 435 45. Cristea A, Korhonen M T, Häkkinen K, ym. Effects of combined strength and sprint training on regulation of muscle contraction at the whole-muscle and single-fiber levels in elite master sprinters. Acta Physiol 2008; 193: 275 89. Evans W J. Exercise strategies should be designed to increase muscle power (pääkirjoitus). J Gerontol Med Sci 2000; 55A: M309 10. Korhonen M T, Suominen H, Mero A. Age-related differences in 100-m sprint performance in male and female master runners. Med Sci Sports Exerc 2003; 35: 1419 28. Korhonen M T, Suominen H, Mero A. Age and sex differences in blood lactate response to sprint running in elite master athletes. Can J Appl Physiol 2005; 30: 647 65. Korhonen M T, Cristea A, Alen M, ym. Aging, muscle fiber type, and contractile function in sprint-trained athletes. J Appl Physiol 2006; 101: 906 17. Korhonen M T, Mero A A, Alen M, ym. Biomechanical and skeletal muscle determinants of maximum running speed with aging. Med Sci Sports Exerc 2009; 41: 844 56. Mero A, Peltola E, Saarela J. Nopeus- ja nopeuskestävyysharjoittelu. Jyväskylä: Gummerus Oy; 1987. 7
III Yksilön vanheneminen Spirduso W W, Francis K L, MacRae P G. Physical dimensions of aging Champaign, IL: Human Kinetics; 2005. Suominen H. Aging and maximal physical performance. Eur Rev Aging Phys Activ 2011; 8: 37 42. Thorstensson A. Speed and acceleration. Kirjassa: Dirix A, Knuttgen H G, Tittel K, toim. The Olympic book of sports medicine. Oxford: Blackwell Scientific, 1991, s. 218 29. 8