Olet täällä

Lihaskasvun säätelymekanismit ja harjoittelu

Päivitetty 14.6.2019
 
Lihasten kasvattaminen on useimmiten vaikeampaa kuin niiden surkastuttaminen. Merkittävä tekijä tämän ilmiön taustalla liittyy lihassolujen kasvun ja ylläpidon vaatimaan suureen energiamäärään. Lihaskasvua tavoittelevien harmiksi ihmisen kehossa on useita mekanismeja rajoittamassa nopeaa ja runsasta lihaskasvua. Näitä niin kutsuttuja lihaskasvujarruja ovat parhaiten tunnetun myostatiinin lisäksi useat muut kehon proteiinit [11]. Lihasten kasvukyvylle on ratkaisevaa lihassolujen kyky havaita ja säädellä omaa tilaansa muun muassa sensorien ja signaalireittien avulla. Havainnointitapahtumia ovat esimerkiksi voimaharjoittelun aikana tapahtuva lihasten aktivointi ja sitä seuraavat fysiologiset muutokset, kuten kalsium-ionien pitoisuuden kasvu tietyissä osissa lihassolua sekä mekaaninen kuormitus. Voimaharjoittelun aikana tapahtuu lisäksi aineenvaihdunnallista kuormitusta ja lihasten mikrovauriomuutoksia, joita lihakset kykenevät havainnoimaan. Kuormitetun lihaksen yksilölliset ominaisuudet, kuormitustavan intensiteetti ja kesto vaikuttavat aiemmin mainittujen fysiologisten vasteiden suuruuteen. Lihassolut pyrkivät mukautumaan kuormituksen tuomaan haasteeseen ja kehittämään toimintaansa vastatakseen haasteeseen jatkossa paremmin [10].
 

Voimaharjoittelun tuottama lihaskasvu solutasolla

Lihaskasvussa proteiinit rakentuvat pitkällä aikavälillä säännöllisesti ja enemmän kuin niitä hajotetaan. Lihasproteiinisynteesissä solujen tumissa rakennetaan proteiineja liittämällä aminohappoja yhteen. Tätä kutsutaan usein lihasten anaboliaksi, jonka säätely on lihaskasvussa tärkeää. Proteiinien hajoamisen kasvu surkastuttaa lihaksia, kuten monissa sairauksissa tai loukkaantumisen seurauksena aiheutuneen pakollisen levon aikana. Proteiinien hajotusta takaisin aminohapoiksi kutsutaan kataboliaksi. Kehossa tapahtuu päivittäin normaalisti kataboliaa ja uusimman tiedon valossa proteiinien hajotuksen lisääntyminen kuormituksen seurauksena ei ole huono asia, vaan se saattaa tehostaa harjoituksen jälkeistä lihasproteiinisynteesin nousua [10, 9]. 
 
Pelkästään proteiinisynteesin lisääntyminen harjoituksen jälkeen ei kasvata lihasmassaa loputtomiin, elleivät proteiinisynteesin koneina toimivat tumat ja ribosomit lisäänny. Lihassolujen ulkopuolella olevat satelliittisolut kykenevät lisäämään lihassolujen tumien määrää jakamalla omat tumansa lihassoluille. Lihassolut voivat kasvaa ilman tumien lisääntymistä noin 10-20 prosenttia harjoittelun alkuvaiheessa [1]. Proteiinisynteesi on kiivaimmillaan harjoitusten ja proteiinipitoisten ruokailujen jälkeen [9].
 
Lihaskasvu on käytännössä lihassolujen eli lihassyiden hypertrofiaa. Ilman lihassolujen supistuskoneistojen eli myofibrillien kasvamista ja lisääntymistä lihaskasvu on vähäisempää. Myofibrillit kasvavat pääasiassa proteiinisynteesissä valmistuneiden rakenneproteiinien avulla. Lihassolujen kasvaessa myös niissä olevan veden ja tukikudoksen määrä yleensä kasvaa [1, 6, 3]. Joskus lihaskudos voi kasvaa muillakin tavoilla kuin lihassolujen paksuuntumisella. Voimantuottosuuntaan nähden vinosti olevien lihassyiden pituuden kasvu ja niiden kulman muutos suhteessa koko lihakseen voivat vaikuttaa lihasten kokoon [10] Lihassolujen kasvu voi olla joskus myös seurausta erityisen suuresta nestemäärän ja ei-supistuvien proteiinien määrän noususta, jota joskus kutsutaan sarkoplasmiseksi hypertrofiaksi [5]. Tästä aiheesta tarvitaan kuitenkin paljon lisää tutkimuksia ennen kuin sen merkitys ymmärretään paremmin.
 

Lihasten mekaaninen ja aineenvaihdunnallinen kuormitus

Voimaharjoituksen aikana lihaksissa tapahtuu mekaanista kuormitusta eli lihakseen kohdistuvia passiivisia ja aktiivisia voimia. Lihassoluissa on proteiineja, jotka aistivat mekaanista kuormitusta ja sitä mukaa aktivoivat erilaisia signaalireittejä. Yksi ehkä parhaiten tunnetuista voimaa aistivista proteiineista on filamiini C, joka sijaitsee myofibrillien sarkomeereissa Z-levyjen läheisyydessä. Tältä paikalta filamiini C pystyy aistimaan lihasten (aktomyosiini­interaktion) tuottamia voimia. Lihaksissa on myös useita muita kuormaa tai voimaa aistivaa proteiineja, mutta niiden toimintaa tunnetaan huonosti [10]. Edelleenkään ei tiedetä mikä solutason mekanismi käynnistää voimaharjoittelun aiheuttaman lihaskasvun harjoittelun alkuvaiheessa tai kauemmin harjoitelleilla, kun lähestytään yksilön maksimaalista potentiaalia. Lihaskasvun ärsykkeenä voi toimia myös aineenvaihdunnallinen ärsyke [8]. Aineenvaihdunnallisia muutoksia tapahtuu lihaksissa satoja ja niiden merkitys lihasten koon kasvun kannalta ymmärretään vielä huonosti. Esimerkkejä näistä ovat esimerkiksi energiankulutukseen ja -tuottoon liittyvä paikallinen hapenpuute ja verenkierron muutokset, energiatilanne kuten ATP:AMP-suhde tai kreatiinifosfaatin ja glykogeenin lasku sekä aminohappojen vapautuminen proteiinien hajotuksesta lihassolujen sisään ja vapaiden radikaalien tai muiden lihaksen aineenvaihduntatuotteiden pitoisuuksien muutokset, joihin liittyy solun turvotus [10, 8]. Näin ollen aineenvaihdunnallisella kuormituksella on epäsuora vaikutus lihaskasvuun, vaikka pitkäkestoinen mekaaninen kuormitus on nykytiedon mukaan merkityksellisempi lihaskasvun käynnistäjä [10]. Käytännön voimaharjoittelussa submaksimaalisilla kuormilla loppuun asti viety harjoittelu kerryttää aineenvaihduntatuotteita ja lisää muita väsymystä aiheuttavia tekijöitä niin, että sarjojen lopussa myös nopeat lihassolut joutuvat tuottamaan voimaa ja sitä kautta mekaanisesti kuormittumaan. Muussa tapauksessasarja loppuu ennen aikojaan. Tämän seurauksena nopeat ja usein kasvuherkätkin lihassolut voivat kasvaa pienemmilläkin kuormilla kuin aiemmin ollaan ymmärretty [10].
 

Lihasten mikrovauriot ja harjoittelusta seuraava lihasarkuus

Lihaskasvua tapahtuu myös harjoittelusta aiheutuvien lihasten mikrovaurioiden korjaukseen liittyvistä tulehdusprosesseista- ja kasvutekijäpitoisuuksien muutoksista. Voimaharjoittelussa mikrovaurioita syntyy lihaskudoksen mekaanisen kuormittumisen, erityisesti venyttävän kuormituksen ja aineenvaihdunnallisten muutosten seurauksena. Viivästynyt lihasarkuus on englanniksi ”Delayed Onset Muscle Soreness” eli DOMS. Kovien harjoitusten jälkeen lihasarkuus ilmenee yleensä 24-48 tunnin kuluessa, eikä sitä pidä sekoittaa lihasvammoihin tai harjoittelun aikaiseen väsymyskipuun. Lihasarkuus syntyy liikunnasta seuranneista mikrovaurioista lihaksessa tai sitä ympäröivissä kalvorakenteissa. Myös turvotus, aineenvaihduntatuotteiden kertyminen ja mahdollinen tulehdusreaktio lisäävät lihasarkuutta. Lihasarkuus on yleensä voimakkaampaa, jos voimaharjoittelu toteutetaan suurella intensiteetillä ja pitkäkestoisesti. Eksentrisen eli jarruttavan vaiheen ylikorostaminen ja tottumattomuus tehtävään liikkeeseen lisäävät lihasarkuutta harjoituksen jälkeen [10, 8]. Lihaskasvuun liittyy useita mekanismeja, eikä pelkkä lihasarkuus harjoituksen jälkeen kerro kovinkaan paljoa harjoituksen kehittävyydestä. Kansainvälisen tutkijaryhmän katsauksessa [10] spekuloimme kuitenkin, että mikrovaurioita aiheuttava harjoitus saattaa tehostaa lihasten satelliittisolujen määrää ja näin olla hyödyllinen lisäapu lihasten kasvua maksimoitaessa. Jälleen kerran lisää tutkimuksia kuitenkin tarvitaan. 
 

Lihaskasvu välittyy signalointireittien kautta

Lihaskasvun säätely on itsessään monimutkainen prosessi, eikä niin sanottua yhden molekyylin biologiaa. Kuormituksen ja aterioinnin seurauksena lihakset aistivat muutoksia, jotka käynnistävät lihaskasvun erilaisten signalointireittien avulla. Lihasproteiinimäärän säätelyä ohjaavat toistensa kanssa vuorovaikutuksessa toimivat molekyylien muodostamat signalointireitit, joista tärkein on mTOR (mechanistic target of rapamycin) ­signalointireitti, joka koostuu usean proteiinin komplekseista, joiden tarkkaa merkitystä ei vielä ymmärretä [7]. Voimaharjoituksen tai proteiinipitoisen aterian jälkeen mTOR aktivoituu ja kiihdyttää proteiinisynteesiä aktivoimalla useita muita proteiineja [4]. Muita lihaskasvun säätelijöitä voimaharjoittelussa ovat esimerkiksi testosteronin androgeenireseptori ja siihen liittyvä signalointi, JNK/SMAD­signalointireitti, kalsiumriippuvainen reitti ja mahdollisesti muun muassa Hippo­ sekä PGC­1­GRP56 ja IGF1/MGF/insuliini­signaloinnit.
 

Lihaskasvu on yksilöllistä

Lihaskasvuun, kuten moneen muuhunkin elimistössämme tapahtuvaan muutokseen, vaikuttavat yksilölliset tekijät. Osalla ihmisistä lihaskasvu saattaa jäädä vähäiseksi huolimatta hyvin suunnitellusta ja keskimääräisesti toimivasta harjoitteluohjelmasta. Toisilla kehittyminen saattaa olla hyvinkin voimakasta [2]. Eroihin vaikuttavat treenin laatu, ravinto ja uni sekä muut kuormitustekijät, mutta myös perintötekijät. Voimaharjoitteluvasteiden yksilöllisyyttä selittäviä mekanismeja ei kuitenkaan tällä hetkellä tunneta. Lihaskasvuun liittyviä yksilöllisiä tekijöitä tulisi tutkia enemmän, jotta voimaharjoittelua voitaisiin optimoida yhä yksilöllisemmin. 
 
Antti Mero
liikuntafysiologian professori

Juha Hulmi
liikuntatieteiden tohtori
Liikuntabiologian laitos, Jyväskylän yliopisto
 
Päivittänyt:
Juha Hulmi
LitT, Liikuntafysiologian apulaisprofessori, Jyväskylän yliopisto

Juha Hulmin Lihastohtori-blogi.
 
[1] Adams GR, Bamman MM. 2012. Characterization and regulation of mechanical loading-induced compensatory muscle hypertrophy. Comprehensive Physiology  4:2829–70. 
 
[2] Ahtiainen JP, Walker S, Peltonen H, Holviala J, Sillanpää E, Karavirta L, Sallinen J, Mikkola J, Valkeinen H, Mero A, Hulmi JJ, Häkkinen K. 2016. Heterogeneity in resistance training-induced muscle strength and mass responses in men and women of different ages. Age. 38(1):10. 
 
[3] Goldspink G. 1983. Alterations in Myofibril Size and Structure During Growth, Exercise, and Changes in Environmental Temperature. Comprehensive Physiology. 1983; Supplement 27: Handbook of Physiology, Skeletal Muscle. 
 
[4] Goodman CA, Mayhew DL, Hornberger TA. 2011. Recent progress toward understanding the molecular mechanisms that regulate skeletal muscle mass. Cellular signaling. 23(12): 1896–1906.
 
[5] Haun CT, Vann CG, Osburn SC, Mumford PW, Roberson PA, Romero MA, Fox CD, Johnson CA, Parry HA, Kavazis AN, Moon JR, Badisa VLD, Mwashote BM, Ibeanusi V, Young KC, Roberts MD. 2019.
Muscle fiber hypertrophy in response to 6 weeks of high-volume resistance training in trained young men is largely attributed to sarcoplasmic hypertrophy. PLoS One. 14(6):e0215267.
 
[6] MacDougall JD, Sale DG, Alway SE, Sutton JR. 1984. Muscle fiber number in biceps brachii in bodybuilders and control subjects. Journal of applied physiology. 1984; 57(5):1399–1403.
 
[7] Ogasawara R, Jensen TE, Goodman CA, Hornberger TA. 2019. Resistance Exercise-Induced Hypertrophy: A Potential Role for Rapamycin-Insensitive mTOR. Exerc Sport Sci Rev. Painossa.
 
[8] Schoenfeld B. J. 2012. Does exercise-induced muscle damage play a role in skeletal muscle hypertrophy? Journal of strength and conditioning research. 26(5): 1441–1453. Schoenfeld B.J. 2013. Potential mechanisms for a role of metabolic stress in hypertrophic adaptations to resistance training. Sports Medicine 43(3):179–194. 
 
[9] Tipton KD, Hamilton DL, Gallagher IJ. 2018. Assessing the Role of Muscle Protein Breakdown in Response to Nutrition and Exercise in Humans. Sports Medicine. 48 (Suppl 1): 53–64.
 
[10] Wackerhage H, Schoenfeld BJ, Hamilton DL, Lehti M, Hulmi JJ. 2018. Stimuli and sensors that initiate skeletal muscle hypertrophy following resistance exercise. Journal of Applied Physiology. Painossa.
 
[11] Verbrugge SAJ, Schönfelder M, Becker L, YaghoobNezhad F, Hrabě de Angelis M, Wackerhage H. 2018. Genes Whose Gain or Loss-Of-Function Increases Skeletal Muscle Mass in Mice: A Systematic Literature Review. Frontiers in Physiology 9 (553). eCollection 2018.


Oliko tämä artikkeli hyödyllinen?
Ääniä yhteensä 1327

Lisää uusi kommentti