Palosuojelurahaston loppuraportti

Palosuojelurahaston loppuraportti Liite 1 - Tekninen raportti Lihasten toimintakyvyn turvaaminen kuumatyössä: kuormituksen, väsymyksen ja työstä palautumisen arviointi Juha Oksa, Sirkka Rissanen, Tero Mäkinen, Kaisa Takatalo, Henna Hyrkäs, Sirpa Lusa, Harri Lindholm, Hannu Rintamäki Oulu 17.12.2009

2 1. JOHDANTO...3 2. MENETELMÄT...3 2.1 Alkumittaukset...3 2.1.1 Maksimaaliset lihasvoimatestit...4 2.1.2 Maksimaalisen hapenottokyvyn testi...7 2.2 Kertasuoritteinen työ...7 2.3 Toistosuoritteinen työ...8 2.4 Palautumismittaukset...9 2.4.1 Lihasvoima ja EMG...9 2.4.2 Hermostollinen säätely...9 2.4.3 Aineenvaihdunta...11 2.4.4 Lihasrakenne...13 3. TULOKSET...15 3.1 Palautuminen...15 3.1.1 Lihasvoiman ja lihassähköisen aktiivisuuden palautuminen...15 3.1.2 Hermostollinen palautuminen...20 3.1.3 Aineenvaihdunnallinen palautuminen...28 3.1.4 Lihasrakenteen palautuminen...29 4. VIITTEET...38

3 1. Johdanto Tämän raportin tarkoituksena on esitellä "Lihasten toimintakyvyn turvaaminen kuumatyössä: kuormituksen, väsymyksen ja työstä palautumisen arviointi" hankkeessa käytettyjä tutkimusmenetelmiä sekä tuloksia, jotka täydentävät loppuraportissa esitettyjä tuloksia. 2. Menetelmät Tutkimukseen osallistui 15 vapaaehtoista ja tervettä vakituiseen pelastushenkilöstöön kuuluvaa työntekijää tai pelastajaa Oulu - Koillismaan palo- ja pelastuslaitokselta. Yksi koehenkilöistä oli nainen. Jokaista tutkittavaa informoitiin tutkimuksesta sekä suullisesti että kirjallisesti ja heiltä pyydettiin kirjallinen suostumus tutkimukseen osallistumisesta. Tutkimuksella on Pohjois-Pohjanmaan sairaanhoitopiirin eettisen toimikunnan lupa. Aluksi koehenkilöiltä mitattiin paino (Mettler ID1, GWB Oy, Albstadt, Saksa), pituus ja rasvaprosentti ihopoimumittauksella (Harpenden caliper, British Indicators Ltd, Surrey, Iso- Britannia). Painon ja pituuden perusteella laskettiin kehon painoindeksi (BMI, massa / pituus 2 ). Seuraavaksi mitattiin sydänsähkökäyrä (EKG) levossa, minkä jälkeen koehenkilöt kävivät lääkärin tarkastuksessa, jossa varmistettiin terveydentilan puolesta kelpoisuus osallistua tutkimukseen. Koehenkilöiden antropometriset ominaisuudet ja työkokemus ovat taulukossa 1. Taulukko 1. Tutkimukseen osallistuneiden koehenkilöiden ikä, pituus, paino, rasvaprosentti, kehon painoindeksi (BMI) ja työkokemus vuosina (keskiarvo±sd). Ikä (v) Pituus (cm) Paino (kg) Rasvaprosentti (%) BMI (kg/m 2 ) kokemus (v) 35±9 176±6 83±10 17,6±3,5 26,6±2,5 11,4±7,9 Koehenkilöt kävivät laboratoriossa kolme kertaa. 2.1 Alkumittaukset Ensimmäisellä käyntikerralla koehenkilöt suorittivat Pelastussukellusohjeen (2007) mukaiset lihaskuntotestit, maksimaaliset lihasvoimatestit ja maksimaalisen hapenottokyvyn

4 testin kestävyyskunnon määrittämiseksi. Maksimaaliset lihasvoimatestit (MVC, maximal voluntary contraction) tehtiin seuraaville lihasryhmille: -ranteen koukistajat ja ojentajat -kyynärvarren koukistajat ja ojentajat -vartalon koukistajat ja ojentajat -reiden koukistajat ja ojentajat Erillisten lihasryhmien lisäksi mitattiin myös maksimaalinen puristusvoima. 2.1.1 Maksimaaliset lihasvoimatestit Ranteen koukistajien maksimaalinen voima mitattiin mittatuolissa, istuvassa asennossa, kyynärvarsi tuettuna tuolin nojalle 90 kulmaan, peukalo suunnattuna ylöspäin ja ranne tuettuna. Koehenkilöllä oli kädessään kahva, joka oli vaijerilla yhdistetty sivulla sijaitsevaan voimaa mittaavaan vastusvenymäliuska-anturiin (Newtest 200, Newtest Oy, Oulu). Mittauksessa heitä pyydettiin koukistamaan rannettaan maksimaalisesti ja mahdollisimman nopeasti, jolloin venymäliuska-anturi mittasi siihen kohdistuneen voiman (kuva 1). Voima-anturi Kahva Kiinnityspiste Kuva 1. Ranteen koukistajien voiman mittaus

5 Ranteen ojentajien maksimaalinen voima mitattiin samoin kuin edellä, kuitenkin niin, että kämmenselkä osoitti ylöspäin. Koehenkilöllä oli kädessään sama kahva kuin edellä ja venymäliuska-anturi oli kiinnitetty mittatuolin kiinnityspisteeseen (kuva 1) kohtisuorasti kämmentä kohti. Mitattavaa pyydettiin ojentamaan rannettaan maksimaalisesti ja mahdollisimman nopeasti, jolloin venymäliuska-anturi mittasi siihen kohdistuneen voiman. Kyynärvarren koukistajien (hauislihakset) maksimaalinen voima mitattiin seisovassa asennossa, kyynärvarret 90 kulmassa, kämmenet ylöspäin, Gym-Machine 1030 laitteen kahvoja vastaan (Gym Machine Oy, Lappeenranta) ja laitteeseen kiinnitetyllä vastusvenymäliuska-anturilla (Newtest 500, Newtest Oy, Oulu). Koehenkilöä pyydettiin koukistamaan maksimaalisesti käsiään mittalaitteen kahvoja vastaan (nosto ylöspäin), jolloin venymäliuska-anturi mittasi siihen kohdistuneen voiman. Kyynärvarren ojentajien maksimaalinen voima mitattiin samassa asennossa kuin koukistajat, kuitenkin niin, että kämmenet olivat laitteen kahvoja vastaan alaspäin. Koehenkilöä pyydettiin ojentamaan maksimaalisesti käsiään mittalaitteen kahvoja vastaan (painamaan alaspäin), jolloin venymäliuska-anturi mittasi siihen kohdistuneen voiman. Vartalon koukistajien (vatsalihakset) maksimaalinen voima mitattiin seisovassa asennossa vartalodynamometrillä (Newtest Trunk Force, Newtest Oy, Oulu). Vartalodynamometrissä koehenkilö tuettiin pannoilla lantiosta ja rinnasta, kasvot rintapantaa päin. Rinnan kohdalla olevassa pannassa on sisäänrakennettuna sivulla vastusvenymäliuska-anturi. Koehenkilöä pyydettiin koukistamaan vartaloaan maksimaalisesti eteenpäin, jolloin ylempi panta mittasi siihen kohdistuneen voiman. Vartalon ojentajien maksimaalinen voima mitattiin samoin kuin koukistajien, kuitenkin siten, että koehenkilön selkä oli ylempää pantaa vasten. Koehenkilöä pyydettiin ojentamaan vartaloaan maksimaalisesti taaksepäin, jolloin ylempi panta mittasi siihen kohdistuneen voiman. Reiden koukistajien maksimaalinen voima mitattiin istuvassa asennossa jalkadynamometrillä (Hur Leg Curl, HUR Oy, Kokkola) ja siihen kiinnitetyllä vastusvenymaäliuska-anturilla. Dynamometrissä polvi- ja lantiokulma säädettiin 110 asteeseen, koehenkilö tuettiin pannoilla laitteeseen lantion ja polven kohdalta ja mitattava jalka lepäsi tukivarren päällä, johon venymäliuska-anturi oli kiinnitetty. Koehenkilöä pyydettiin koukistamaan jalkaansa maksimaalisesti tukea vasten, jolloin tukivarteen kiinnitetty anturi mittasi siihen kohdistuneen voiman.

6 Reiden ojentajien maksimaalinen voima mitattiin samassa asennossa kuin edellä, kuitenkin niin, että mitattava jalka oli tukivarren alapuolella. Koehenkilöä pyydettiin ojentamaan jalkaansa maksimaalisesti ylöspäin, jolloin tukivarteen kiinnitetty anturi mittasi siihen kohdistuneen voiman. Erillisten lihasryhmien maksimivoimamittausten lisäksi mitattiin myös maksimaalinen puristusvoima dynamometrillä (Newtest Grip Strength, Newtest Oy, Oulu). Koehenkilö istui tuolissa kyynärvarsi n. 110 kulmassa, tuolin nojalle tuettuna, pitäen kiinni puristusvoimadynamometrin kahvasta (kuva 2). Kahvan koko asetettiin siten, että etusormen keskinivel oli kohtisuoraan kahvaa vasten. Koehenkilöä pyydettiin puristamaan kahvaa maksimaalisesti, jolloin siihen kohdistunut voima voitiin mitata. Puristusvoima dynamometri Näyttö Kuva 2. Puristusvoimamittaus Samanaikaisesti maksimaalisten voimatestien kanssa mitattiin kunkin lihaksen maksimaalinen sähköinen aktiivisuus, elektromyografia (EMG) (ME3000, Mega Elektroniikka Oy, Suomi). Mittauksissa käytettiin kahta mittaavaa pintaelektrodia (Medicotest, M-OO-S; Tanska), jotka asetettiin tutkittavan lihaksen paksuimman kohdan päälle. Ennen elektrodien kiinnittämistä mittausalueelta poistettiin ihokarvat ja iho

7 puhdistettiin puhdistusaineella. Elektrodien kiinnittämisen jälkeen niiden paikat merkittiin anatomisten maamerkkien mukaan kalvolle, jotta uudelleenkiinnittäminen samaan paikkaan oli mahdollista tulevissa kuormitusmittauksissa. Ns. maaelektrodi kiinnitettiin inaktiivisen kudoksen päälle. EMG rekisteröitiin keskiarvoistettuna 0,1 sekunnin aikavakiolla. Kun maksimaaliseen aktiivisuuteen suhteutettiin työsimulaation aikana mitattu lihasten EMG aktiivisuus (ks. kohdat 2.2 ja 2.3), voitiin määrittää yksittäisten lihasten kuormittuneisuuden taso prosentteina maksimaalisesta aktiivisuudesta (%MVC). 2.1.2 Maksimaalisen hapenottokyvyn testi Testi suoritettiin sähköisellä polkupyöräergometrillä (Ergoline ergometrics 900, Fysioline Oy, Tampere), jossa mitattavat saivat vapaasti valita polkemisnopeuden. Testi aloitettiin 75 W kuormalla ja kuormaa nostettiin kahden minuutin välein 25 W kerrallaan, uupumukseen saakka. Testin aikana mitattiin sydämen sykintätaajuutta (Polar Sport tester, Polar Electro Oy, Kempele) ja hengityskaasuja (Medikro 901, Medikro Oy, Kuopio) jatkuvasti. Kun työsimulaation aikainen sykintätaajuus suhteutettiin maksimaalisen hapenottokyvyn testin syke - hapenkulutus vastaavuuteen, voitiin määrittää työn aikainen hengitys- ja verenkiertoelimistön kuormittuneisuus. 2.2 Kertasuoritteinen työ Toisella käyntikerralla koehenkilöt tekivät testiradalla savusukellusta ja raivausta jäljittelevää työtä yhtäjaksoisesti 20 minuuttia (kertasuoritteinen työ) 35 C lämpötilassa pukeutuneena savusukellusvarustukseen. Ennen työtä heidät altistettiin samassa varustuksessa, samaan lämpötilaan 20 minuutin ajaksi. koostui seuraavista, ilman taukoja suoritetuista, osa-alueista: -60 cm korkean esteen ylitys ja alitus (2,5 minuuttia) -57 kg painavan kuorma-auton renkaan moukarointi 7 kg moukarilla (2,5 minuuttia) -porrasnousu- ja lasku (2,5 minuuttia, 20 cm korkeat porrasvälit) -kuorma-auton renkaan moukarointi (2,5 minuuttia) -letkun rullaus (2,5 minuuttia) -kuorma-auton renkaan moukarointi (2,5 minuuttia) -kävely 4,5 km/h nopeudella, kahden 13 kg painoisen letkurullan kanssa (2,5 minuuttia, ensimmäinen minuutti ilman rullia)

8 -kuorma-auton renkaan moukarointi (2,5 minuuttia) 2.3 Toistosuoritteinen työ Kolmannella käyntikerralla koehenkilöt tekivät testiradalla savusukellusta ja raivausta jäljittelevää työtä 3 x 15 minuutin mittaisen jakson (toistosuoritteinen työ, muutoin sama työ kuin edellä mutta moukarointeja vain kaksi kertaa) samassa varustuksessa ja lämpötilassa kuin edellä, kuitenkin ilman esialtistusta. jaksojen välissä oli 10 minuutin tauko, joka vietettiin normaalissa huoneenlämmössä (21 C) ja jolloin vaihdettiin uusi paineilmapullo. skentelyn aikana koehenkilöiltä mitattiin edellä mainittujen lihasten sähköistä aktiivisuutta, sykintätaajuutta, iholämpötiloja 10 kehon kohdasta (NTC DC95, Digi-key Ltd, USA) ja syvälämpötilaa (YSI-400 sarjan anturit ja Smart Reader plus dataloggeri, ACR Inc., Kanada) peräsuolesta 10 cm syvyydeltä. Lisäksi heitä pyydettiin arvioimaan oma fyysisen- ja lämpökuormittuneisuuden tasonsa käyttäen vakioituja asteikkoja (Borg 1998, ISO 10551, 1995). Molempien työjaksojen suoritusohje kuului: "Tee työtä niin kovaa kuin jaksat, kuitenkin huolehtien siitä, että jaksat työskennellä yhtäjaksoisesti loppuun saakka". Kertasuoritteisen työn jälkeen lihaksiston palautumista mitattiin ajanhetkinä 0, 20, 40, 60 minuuttia sekä 2 ja 4 tuntia työn päättymisestä. Toistosuoritteisesta työstä palautumista mitattiin lisäksi 22 ja 30 tuntia työn päättymisestä. Palautumisen seuranta kohdistui kyynärvarren alueen lihaksiin, ranteen koukistajiin ja ojentajiin. Niistä mitattiin edellä mainittuina ajanhetkinä: -lihasvoiman palautumista -hermostollista palautumista -aineenvaihdunnan palautumista -lihasrakenteen palautumista

9 2.4 Palautumismittaukset 2.4.1 Lihasvoima ja EMG Lihasvoiman palautumista seurattiin mittaamalla ranteen maksimaalinen koukistusvoima ja puristusvoima edellä kuvatulla tavalla ja aikoina. Lisäksi, toistosuoritteisen työn jälkeen mitattiin koehenkilöiden kykyä ylläpitää pyydettyä submaksimaalista voimatasoa mahdollisimman tarkasti. Heitä pyydettiin nostamaan ranteen koukistusvoimataso 10 %:iin maksimista ja pitämään se sillä tasolla 5 sekunnin ajan mahdollisimman tarkasti seuraamalla edessä olevaa näyttöä, jossa kunkin hetkinen voimataso näkyi. Tuloksista analysoitiin maksimaalinen voimataso ja ranteen koukistuksen voimantuoton nopeus. EMG aktiivisuutta mitattiin ranteen maksimaalisen ja submaksimaalisen koukistuksen aikana ranteen koukistajalihaksesta. Tuloksista analysoitiin EMG:n amplitudi ja submaksimaalisesta supistuksesta lisäksi EMG aktiivisuus tauot (EMG gap), jolloin lihaksen aktiivisuus supistuksen aikana on lähellä lepotasoa. 2.4.2 Hermostollinen säätely Hermostollista säätelyä mitattiin venytysrefleksin ja nk. suoran motorisen vasteen (Mvaste) avulla. Venytysrefleksimittausten avulla voitiin arvioida kuinka paljon lihastoiminnan säätelystä johtuu paikallisista (lihaksen sisäisistä) ja kuinka paljon keskushermostotason tekijöistä. Venytysrefleksimittauksessa koehenkilö istui tuolissa, oikea käsi tuettuna kyynärnojaan, kyynärpää 90 asteen kulmassa ja ranne tuettuna peukalo ylöspäin. Koehenkilöä ohjattiin pitämään lineaarimoottoriin liitetystä kahvasta kevyesti kiinni, sormilla puristamatta (kuva 3). Aistinärsykkeiden vähentämiseksi koehenkilölle laitettiin kuulosuojaimet ja pyydettiin sulkemaan silmät. Vasen käsi tuettiin myös kyynärnojaan ja käteen asetettiin 1 kg:n punnus keskushermostoaktivaation lisäämiseksi. Venytysrefleksi saatiin aikaan moottoroidun kahvan (Linmot E1000, Sulzer Electronics Ltd, Sveitsi), yhtäkkisellä ja nopealla (40 ms) ranteen taaksetaivutuksella (4 cm). Venytysrefleksilaitteistoon oli ohjelmoitu 12 kahvan nykäyksen sarja satunnaisin väliajoin. Refleksivastetta talletettiin jatkuvasti EMG:n avulla. Aina kahvan nykäistessä, venytysrefleksilaitteisto lähetti EMGlaitteeseen merkkipulssin, jonka avulla voitiin määrittää refleksivasteen nopeus.

Refleksivasteesta määritettiin lyhyt (SL), keskipitkä (ML) ja pitkäviiveinen (LL) vaste, jotka kuvaavat joko lihastason (SL ja ML) tai keskushermostotason (LL) hermostollista säätelyä. 10 Lineaarimoottori EMG Kuva 3. Venytysrefleksimittaus M-vasteen mittauksella voitiin arvioida lihaksen ja sitä suoraan hermottavan hermon yhteistoiminnan muutoksia. M-vasteen mittaamista varten koehenkilö istui tuolissa oikea kyynärvarsi tuettuna tuolin kyynärtukeen. Mittaavana elektrodina käytettiin ranteen ojentajalihaksen (m. extensor carpi radialis) päälle kiinnitettyä pintaelektrodia. Ranteen päälle kiinnitettiin maaelektrodi ja kämmenen sisäsyrjälle peukalon tyveen (m. abductor pollicis brevis) referenssielektrodi (kuva 4). M-vasteen aikaansaamiseksi lihakseen johtavaan hermoon (kyynärtaipeessa sijaitsevaan medianus-hermoon) annettiin stimulaattorilla (Cadwell Sierra II Wedge EMG, Midwest NeuroMedical Inc, USA) sähköärsyke, joka sai aikaan tahdosta riippumattoman lihassupistuksen ranteen ojentajalihaksissa. Anturia pidettiin siten, että katodi sijaitsi distaalisesti ja anodi proksimaalisesti (kuva 4). Jokaisen koehenkilön kanssa määritettiin anturin paikka ja asento siten, että saatiin näkyville mahdollisimman selkeä M-vaste. Sen jälkeen ärsykkeen voimakkuutta kasvatettiin asteittain siihen saakka kunnes M-vasteen suuruus (amplitudi) ei enää kasvanut. Maksimaalisen M-vasteen määrityksen jälkeen ärsykkeen voimakkuus laskettiin 20 %:iin maksimista ja tällä voimakkuudella määritettiin viisi M-vastetta alkutilanteen arvoiksi. Myös palautumismittauksissa käytettiin 20 %:n stimulointivoimakkuutta ja M-vasteita talletettiin viisi kappaletta.

M-vasteesta analysoitiin vasteen suuruus (amplitudi), kesto ärsykkeen antamisesta vasteen alkuun (latenssi) ja vasteen kesto (kesto). 11 Stimulaattori Mittaava elektrodi Kuva 4. Suoran motorisen vasteen, M-vasteen, mittaus 2.4.3 Aineenvaihdunta Lihaksen sisäistä aineenvaihduntaa mitattiin NIRS-laitteistolla (near infrared spectroscopy, Oxymon MKIII, Artinis Medical Systems B.V., Alankomaat). Laitteisto lähettää nk. lähi infrapunavaloa (700-900 µm) lihakseen. Aineenvaihdunnan tasoa arvioitiin lihaskudoksessa olevan hapen määrän perusteella; mitä enemmän lihaksessa on happea sitä enemmän valoa heijastuu takaisin vastaanottavaan anturiin. Mittauksissa koehenkilö istui samassa asennossa kuin puristusvoimamittauksessa NIRS laitteiston 2 optodia kiinnitettynä ranteen koukistajalihasten päälle (kuva 5). Koehenkilöille laitettiin olkavarteen automaattinen mansetti, jonka avulla voitiin mittauksen kuluessa aiheuttaa sekunnissa 250 mmhg paine olkavarteen.

12 Mansetti NIRS Näyttö Kuva 5. Aineenvaihdunnan mittaus Mittauksessa koehenkilöitä pyydettiin puristamaan puristusvoimadynamometriä 10 %MVC tasolla 45 sekuntia ja sen jälkeen rentouttamaan puristuksen. Samanaikaisesti rentoutuksen kanssa olkavarren mansetti täyttyi, aiheuttaen käteen johtavan verenkierron täydellisen estymisen (arteria okkluusio). Mansetti pidettiin täytettynä minuutin, jonka jälkeen se äkillisesti tyhjentyi mahdollistaen nopean verenkierron uudelleen alkamisen. Mansetin tyhjentämisen jälkeen kättä pidettiin edelleen rentona minuutin ajan. Koko mittauksen ajan NIRS laitteisto rekisteröi lihaksen sisäistä hapetuksen tasoa. Mittauksesta analysoitiin paikallinen lihaskudoksen hapenkulutus ja arteria okkluusion jälkeinen hapen sitoutumisnopeus.

13 2.4.4 Lihasrakenne Lihaksen sisäisen rakenteen muutoksia mitattiin ultraäänilaitteistolla (Logiq 5 Pro, GE Medical Systems, USA) ranteen koukistajalihaksesta. Mittauksissa koehenkilö istui samassa tuolissa kuin puristusvoimamittauksissa, pitäen kiinni puristusvoimadynamometristä. Ranteen koukistajalihaksista otettiin 3 poikittais- ja pitkittäiskuvaa käyttäen 3,8 mm pituista lineaarista ultraäänianturia. Mittaustaajuus oli 10 MHz (kuva 6). Kuvat otettiin sekä rentoutuneesta että 10 %MVC tasolla maksimaalisesta puristusvoimasta. UÄ-anturi Kuva 6. Lihasrakenteen mittaus Kuvista analysoitiin lihaksen paksuus ja pinta-ala (kuva 7) sekä nk. pennaatiokulma (kuva 8, kulma koko lihaksen syvemmän kalvon ja lihassäikeiden kalvon välillä) ja edellä mainitun kulman ja lihaksen paksuuden avulla laskettu lihassäikeiden pituus kaavalla: Kaava: Lihassäikeen pituus = lihaksen paksuus -1, (Brorsson ym. 2008) jossa, = pennaatiokulma

14 Kuva 7. Lihaksen paksuuden (nuoliviiva) ja pinta-alan (katkoviiva) määritys. Kuva 8. Lihaksen pennaatiokulman (alfa) määritys.

15 3. Tulokset 3.1 Palautuminen 3.1.1 Lihasvoiman ja lihassähköisen aktiivisuuden palautuminen Kertasuoritteisen työn jälkeinen maksimaalisen ranteen koukistusvoiman palautuminen on esitetty loppuraportissa. Maksimivoimamittauksen aikainen lihassähköinen aktiivisuus käyttäytyy samankaltaisesti lihasvoiman muutosten kanssa. Alussa tapahtuu voimakas aktiivisuuden lasku, joka 4 tunnin aikana palautuu lähtötasolle (kuva 9). Aktiivisuuden lasku on tyypillinen muutos lihaksen toiminnassa ja johtuu lihaksen väsymisestä. 850 Maksimaalinen aemg (µv) 800 750 700 650 600 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h Kuva 9. Ranteen koukistajalihasten maksimaalinen EMG kertasuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen. Ranteen submaksimaalisen koukistuksen aikana lihassähköinen aktiivisuus hetkellisesti kasvaa ja palautuu 40 minuutin kuluttua (kuva 10). n tekemisen kannalta tämä tarkoittaa, että väsyneenä aktivoidaan suurempi osa lihaksesta, jotta tietystä

vakiosuuruisesta työstä selviydytään. Näin ollen työn suhteellinen kuormittavuus on suurempaa väsyneellä lihaksella. 16 Submaksimaalinen aemg (µv) 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h Kuva 10. Submaksimaalinen EMG kertasuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen. Normaalisti toimivassa, ei väsyneessä, lihaksessa voidaan submaksimaalisen työn aikana havaita lyhyitä taukoja lihassähköisessä aktiivisuudessa (nk. EMG gap). Taukojen ilmeneminen tarkoittaa, että työhön käytetään vaihtelevasti lihaksen kaikkia osia, kun taas niiden puute osoittaa, että vaihtelu puuttuu ja vain tiettyä osaa lihaksesta käytetään pääasiallisesti työhön. Kuva 11 osoittaa, että kertasuoritteisen työn jälkeen taukojen määrä vähenee voimakkaasti (väsynyt lihas) ja palautuu vasta 4 tunnin kuluttua.

17 20 18 16 14 Gaps/min 12 10 8 6 4 2 0 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h Kuva 11. Tauot lihassähköisessä aktiivisuudessa kertasuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen. Toistosuoritteisessa työssä maksimaalisen ranteen koukistuksen aikainen lihassähköisen aktiivisuuden muutokset olivat samankaltaisia kertasuoritteisen muutosten kanssa. Aktiivisuus laski alussa voimakkaasti, osoittaen väsymystä ja palautui 22 tunnin kohdalla (kuva 12).

18 900 Maksimaalinen aemg (µv) 850 800 750 700 650 600 550 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h 22 h 30 h Kuva 12. Ranteen koukistajalihasten maksimaalinen EMG toistosuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen. Vastaavasti kuin kertasuoritteisessa työssä myös toistosuoritteisen työn jälkeen ranteen koukistajalihasten submaksimaalinen lihassähköinen aktiivisuus kasvaa, osoittaen suuremman lihasmassan käyttöä. Palautuminen tapahtuu 60 minuutin jälkeen (kuva 13).

19 80 78 Submaksimaalinen aemg (µv) 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h 22 h 30 h Kuva 13. Submaksimaalinen EMG toistosuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen. Toistosuoritteisen työn jälkeen tauot lihassähköisessä aktiivisuudessa vähenevät voimakkaasti ja 60 minuutin kohdalla katoavat kokonaan. Palautuminen tapahtuu vasta 30 tunnin kuluttua (kuva 14).

20 45 40 35 30 Gaps/min 25 20 15 10 5 0 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h 22 h 30 h Kuva 14. Tauot lihassähköisessä aktiivisuudessa toistosuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen. 3.1.2 Hermostollinen palautuminen M-vasteen latenssi (viive) osoittaa hidastunutta hermoimpulssin kulkunopeutta, joka johtuu raskaan työn aiheuttamasta soluvälinesteen happamuuden kasvamisesta. Kuvasta 15 nähdään, että kertasuoritteisen työn jälkeen latenssiaika ei ehdi palautua 4 tunnissa ja kuvasta 16, että toistosuoritteisen työn jälkeen palautuminen tapahtuu kahden tunnin kohdalla.

21 6,5 6,0 Latenssiaika (ms) 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h Kuva 15. M-vasteen latenssi kertasuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja alkumittaukseen. = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa Latenssiaika (ms) 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h 22 h 30 h Kuva 16. M-vasteen latenssi toistosuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE).

22 M-vasteen kesto tarkoittaa sähköärsytyksen aiheuttamaa lihassupistuksen kestoa. Väsynyt lihas supistui heikommin, mikä näkyi M-vasteen amplitudin pienentymisenä (ks. loppuraportti) ja samasta syystä lihassupistuksen kesto myös jäi lyhyemmäksi sekä kertaettä toistosuoritteisessa työssä (kuvat 17 ja 18). 6,5 6,0 5,5 Kesto (ms) 5,0 4,5 4,0 3,5 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h Kuva 17. M-vasteen kesto kertasuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen.

23 6,5 6,0 5,5 Kesto (ms) 5,0 4,5 4,0 3,5 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h 22 h 30 h Kuva 18. M-vasteen kesto toistosuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen. Venytysrefleksin lyhytviiveinen vaste (SL) on selkäydinrefleksi ja kuvaa lihassukkuloiden (lihaksen supistusvoimaa ja pituutta säätelevien aistinelimien) toimintaa. Kertasuoritteisessa työssä nähdään selkeä SL-vasteen amplitudin pienentyminen, joka johtuu lihassukkuloiden heikentyneestä toimintakyvystä ja josta ei ehditä palautua 4 tunnissa (kuva 19). Toistosuoritteisessa työssä sen sijaan yhtä selkeää heikentymistä ei havaita (kuva 20).

24 450 400 Amplitudi (µv) 350 300 250 200 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h Kuva 19. Venytysrefleksin lyhytviiveinen vaste kertasuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen. 500 450 400 Amplitudi (µv) 350 300 250 200 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h 22 h 30 h Kuva 20. Venytysrefleksin lyhytviiveinen vaste toistosuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE).

25 Venytysrefleksin keskiviiveinen vaste (ML) on myöhästetty selkäydinrefleksi, joka samoin kuin lyhytviiveinen vaste, kuvaa lihassukkuloiden toimintaa. Kertasuoritteisessa työssä nähdään selkeä ML-vasteen amplitudin pienentyminen, joka johtuu lihassukkuloiden heikentyneestä toimintakyvystä ja josta ei 4 tunnissa ehditä palautua (kuva 21). Toistosuoritteisessa työssä vasteen pienentyminen on vähäisempää (kuva 22). 260 240 220 Amplitudi (µv) 200 180 160 140 120 100 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h Kuva 21. Venytysrefleksin keskiviiveinen vaste kertasuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen.

26 Amplitudi (µv) 560 540 520 500 480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h 22 h 30 h Kuva 22. Venytysrefleksin keskiviiveinen vaste toistosuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE). Venytysrefleksin pitkäviiveinen vaste (LL) on keskushermostotason vaste ja kuvastaa keskushermostosta lihakseen saapuvan käskyvirran määrää. Kertasuoritteisen työn jälkeen pitkäviiveisen vasteen amplitudi alenee merkittävästi (kuva 23), mikä kuvastaa vähäisempää käskyvirtaa ylempien säätelytasojen väsymyksestä johtuen. Palautumista ei ehdi tapahtua 4 tunnin aikana. Toistosuoritteisen työn jälkeen samankaltaista selkeää muutosta ei kuitenkaan havaita (kuva 24).

27 Amplitudi (µv) 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h Kuva 23. Venytysrefleksin pitkäviiveinen vaste kertasuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen. 150 140 130 120 Amplitudi (µv) 110 100 90 80 70 60 50 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h 22 h 30 h Kuva 24. Venytysrefleksin pitkäviiveinen vaste toistosuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE).

28 3.1.3 Aineenvaihdunnallinen palautuminen Valtimoverenkierron sulkemisen seurauksena lihaksen sisäinen, hemoglobiiniin sitoutunut, hapen määrä vähenee äkillisesti ja voimakkaasti. Verenkierron avautumisen jälkeinen hapen hemoglobiiniin sitoutumisnopeus kuvastaa lihaksen hapen tarvetta energiavarastojen täydentämiseksi ja aineenvaihduntatuotteiden poistamiseksi. Sekä kerta- että toistosuoritteisessa työssä sitoutumisnopeus kasvoi voimakkaasti (kuvat 25 ja 26). Kertasuoritteisessa työssä palauduttiin alkumittauksen tasolle 4 tunnissa ja toistosuoritteisessa lähes alkumittauksen tasolle 22 tunnissa. 5,0 Hapen sitoutumisnopeus (µm/min) 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h Kuva 25. Hapen sitoutumisnopeus kertasuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen.

29 Hapen sitoutumisnopeus (µm/min) 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h 22 h 30 h Kuva 26. Hapen sitoutumisnopeus toistosuoritteisen työn alussa sekä palautumisen aikana. Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen. 3.1.4 Lihasrakenteen palautuminen Ultraäänellä mitatuista lihasrakenteen muuttujista lihaksen ympärysmitta ei muuttunut kertasuoritteisen työn jälkeen (kuva 27). Sensijaan, toistosuoritteisen työn jälkeen ympärysmitta pieneni sekä levossa että kevyessä supistuksessa, osoittaen lihaksen sisäisen nestemäärän (soluvälinesteen) vähenemistä työn seurauksena (kuva 28).

30 8,6 8,5 8,4 lepo 10 % MVC Ympärysmitta (cm) 8,3 8,2 8,1 8,0 7,9 7,8 7,7 7,6 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h Kuva 27. Lihaksen ympärysmitta kertasuoritteisen työn alussa ja palautumisen aikana levossa sekä submaksimaalisessa supistuksessa (10 %MVC). Arvot ovat keskiarvoja (±SE).

31 8,6 8,5 8,4 lepo 10 % MVC 8,3 Ympärysmitta (cm) 8,2 8,1 8,0 7,9 7,8 7,7 7,6 7,5 7,4 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h 22 h 30 h Kuva 28. Lihaksen ympärysmitta toistosuoritteisen työn alussa ja palautumisen aikana levossa sekä submaksimaalisessa supistuksessa (10 %MVC). Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen. Lihaksen pinta-ala käyttäytyi samankaltaisesti lihaksen ympärysmitan kanssa. Kertasuoritteisessa työssä muutokset olivat vähäisiä mutta toistosuoritteisessa työssä pinta-ala pieneni sekä levossa että kevyessä puristuksessa (kuvat 29 ja 30).

32 4,0 3,9 3,8 3,7 Lepo 10 % MVC Pinta-ala (cm 2 ) 3,6 3,5 3,4 3,3 3,2 3,1 3,0 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h Kuva 29. Lihaksen pinta-ala kertasuoritteisen työn alussa ja palautumisen aikana levossa sekä submaksimaalisessa supistuksessa (10 %MVC). Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen.

33 3,8 3,7 3,6 Lepo 10 % MVC 3,5 Pinta-ala (cm 2 ) 3,4 3,3 3,2 3,1 3,0 2,9 2,8 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h 22 h 30 h Kuva 30. Lihaksen pinta-ala toistosuoritteisen työn alussa ja palautumisen aikana levossa sekä submaksimaalisessa supistuksessa (10 %MVC). Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen. Lihassäikeiden pituudessa (faskikuluksen pituus) ei kertasuoritteisen työn seurauksena tapahtunut oleellista muutosta (kuva 31). Sensijaan, toistosuoritteisen työn seurauksena lihassäikeiden pituus lyheni sekä levossa että kevyessä supistuksessa (kuva 32). Tämä osoittaa, että lihaksen kokonaispituus on lyhentynyt, mikä puolestaan heikentää lihaksen voimantuottokykyä.

34 10,0 9,5 Lepo 10 % MVC Lihassäikeiden pituus (cm) 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h Kuva 31. Lihassäikeiden pituus kertasuoritteisen työn alussa ja palautumisen aikana levossa sekä submaksimaalisessa supistuksessa (10 %MVC). Arvot ovat keskiarvoja (+SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen.

35 10,0 9,5 Lepo 10 % MVC 9,0 Lihassäikeiden pituus (cm) 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h 22 h 30 h Kuva 32. Lihassäikeiden pituus toistosuoritteisen työn alussa ja palautumisen aikana levossa sekä submaksimaalisessa supistuksessa (10 %MVC). Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen. Koko lihaksen kalvon ja yksittäisten lihassäikeiden kalvon välinen kulma (pennaatiokulma) suureni kertasuoritteisen työn jälkeen erityisesti kevyessä puristuksessa ja vähäisemmässä määrin myös levossa (kuva 33). Pennaatiokulman kasvulla pyritään kompensoimaan lihaksen muutoin heikentynyttä voimantuottokykyä. Toistosuoritteisen työn jälkeen yhtä selkeitä muutoksia ei nähty (kuva 34).

36 20 19 18 Lepo 10 % MVC Pennaatiokulma ( ) 17 16 15 14 13 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h Kuva 33. Pennaatiokulma kertasuoritteisen työn alussa ja palautumisen aikana levossa sekä submaksimaalisessa supistuksessa (10 %MVC). Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen.

37 20 19 Lepo 10 % MVC Pennaatiokulma ( ) 18 17 16 15 14 13 Alku 0 min 20 min 40 min 60 min 2 h 4 h 22 h 30 h Kuva 34. Pennaatiokulma toistosuoritteisen työn alussa ja palautumisen aikana levossa sekä submaksimaalisessa supistuksessa (10 %MVC). Arvot ovat keskiarvoja (±SE) ja = tilastollisesti merkitsevä ero suhteessa alkumittaukseen. Lihasrakenteen arvioinnissa käytetystä muuttujasta riippuen palautuminen tapahtui 20 minuutin kuluttua tai täydellistä palautumista ei seurantajakson aikana ehtinyt tapahtua.

38 4. Viitteet 1. Borg G. 1998. Borg's perceived exertion and pain scales. Human Kinetics, Champaign. 2. Brorsson S, Nilsdotter A, Hilliges M, Sollerman C, Aurell Y. Ultrasound evaluation in combination with finger extension force measurements of the forearm musculus extensor digitorum communis in healthy subjects. BMC Med Imaging. 2008; 8: 6. 3. ISO 10551. 1995. Ergonomics of the thermal environment - assessment of the influence of the thermal environment using subjective judgement scales. International Standards Organization, Geneva. 4. Pelastussukellusohje. Sisäasiainministeriön julkaisuja 48/2007 (SM050:00/2006) http://www.intermin.fi/intermin/biblio.nsf/3b864e6bcf038fbfc22573ae002d6f8e /$file/482007.pdf