Hermoston rooli biomekaniikassa

10 tammikuun, 2023

Artikkelin sisältö on osa Movement Coach ja Biomekaniikan ABC -koulutuksia ja osa termeitä, tai malleista saattaa olla luettuna vaikeaselkoista, mikäli niitä ei ole aikaisemmin opiskellut. Älä siis turhaudu ja mikäli aihe on sellainen joka kiinnostaa, suosittelen tutustumaan mainittuihin koulutuksiin, sillä ne tarjoavat hyvin käytännönläheisen tulokulman Biomekaniikan parempaan hahmottamiseen. Nyt ei muutakuin keskittynyt olotila päälle ja uutta oppimaan!

Voimantuottoon vaikuttavat seuraavat lihastyöhön liittyvät lihasmekaaniset ja hermostolliset tekijät:

Lihasmekaaniset tekijät:

  • Lihastyötavat 
  • Lihaspituus ja nivelkulma 
  • Voima-aika-riippuvuus 
  • Voima-nopeus-riippuvuus 
  • Elastiset osat/ esivenytys 
  • Lihasrakenne 

Hermostolliset tekijät

  • Esiaktiivisuus 
  • Refleksitoiminta
  • Hermoston kokonaispanos 
  • Hermolihasjärjestelmälliset tekijät (kokonaisuus) 
  • Lihasjäykkyys (muscle stiffness)

Hermosto jaetaan kahteen osaan; keskushermostoon(aivot ja selkäydin) ja ääreishermstoon.

Biomekaniikan ABC -koulutus

 

Aivot ovat keskushermostoa hallitseva elin, jonka tehtävänä on taltioida ja käsitellä aisti-informaatiota, vastaten ympäristön vaatimuksiin Aivot koostuvat hermokudoksesta, jonka erikoistuneita soluja ovat neuronit(=aivosolut) ja gliasolut (=tukisolut) Aivorunko säätelee mm. osaa hengitys- ja verenkiertoelimistön toimintaa tiedostamattomasti. Liikkeiden ja tasapainon säätelyssä on osallisena pikkuaivot , jotka ovat yhteydessä aivorungon kautta keskushermoston ylempiin osiin.

Aivorunko sijaitsee selkäytimen ja aivojen välissä ja sen osia ovat:

  • Ydinjatkos
  • Aivosilta
  • Keskiaivot
  • Väliaivot
  • Erilaiset tumakkeet 

Ydinjatkos jatkuu alaspäin selkäytimenä, koostuen harmaasta (hermosolut) ja valkeasta aineesta (aksonit). Jos selkäytimen rakennetta katsoisi poikkileikkauskuvana, harmaa aine muodostaa H-kirjaimen muotoisen kuvion, jonka ympärillä on valkoista ainetta. 

  • Etujuurista lähtevät (efferentti) motoriset hermot eli liikehermot lihaksiin. 
  • Takajuurista saapuvat(afferentti) sensoriset hermot tuoden tietoa lihaksesta 

Sensoriset ja motoriset hermosolut ovat yhteydessä toisiinsa joko suoraan yhdellä synapsilla tai välittäjähermosolun kautta. Välittäjähermosolujen aktivaatiomuutoksilla voidaan säädellä refleksitoimintaa

Aivot ovat yhteydessä selkäytimeen laskevien ja nousevien ratojen kautta, joista tärkein motorisiin toimintoihin liittyvä rata on pyramidaalirata. Pyramidaaliradan yksi osa nimeltään kortikospinaalinen rata ja muita motoriseen säätelyyn osallistuvia ratoja ovat rubrospinaalinen, vestibulospinaalinen, retikulospinaalinen rata. 

Hermolihasjärjestelmämme sisältää kolme eri osaa:

1.Tietoa vastaanottava sensorinen järjestelmä

2.Tietoa käsittelevä keskushermosto

3.Lihaksen toimintaa ohjaaja motorinen järjestelmä

Aivojen prefrontaalinen aivokuori kontrolloi liikkeen suunnitteluun liittyviä kognitiivisia prosesseja. Premotorinen aivokuori valitsee suoritettavat liikkeet, Primäärisen aivokuoren viimeistellessä käskyt. Primäärinen aivokuori kerää myös tietoa aivojen muilta osilta ja välittää tietoa (“kopion”) pikkuaivoille. Voidaan siis ajatella, että aivoissa on toimeenpaneva, toteuttava ja vertaileva järjestelmä, joiden tulee toimia saumattomasti keskenään ja yhdessä sensorisen järjestelmän, sekä motorisen järjestelmän kanssa. 

Lihastyön kontrolliin vaikuttaa myös ns. keskusmalligeneraattorit, tai rytmigeneraattorit (Central Pattern Genrators), jotka sijaitsevat aivorungossa ja selkäytimessä. Niiden vastuulla on jo entuudestaan tuttujen, automaattisten liikemallien toteuttaminen. 

Tiivistäen toiminta menee seuraavasti: 

  1. Liikkeen muodostaminen tapahtuu aivotasolla
  2. Viesti kulkee selkäytimen etujuuresta lähtevien liikehermojen kautta lihakseen
  3. Lihas toimii käskytyksen mukaan 
  4. Lihaksesta tulee palautetta sensoristen hermojen avulla selkäytimen takajuuren kautta
  5. aivot tekee tarvittavia muutoksia ja käskyttävät uudelleen

Ääreishermosto

Keskushermostosta käskyt lihakseen etenevät alfa- ja gammamotoneuroneita pitkin ja  supistuskäskyt kulkevat aktiopotentiaalin muodossa, josta lisää myöhemmin. Lihas lyhenee kun aktiini- ja myosiinifilamentit liukuvat toistensa lomitse (sliding filament theory).

Luustolihaksen supistuminen 

Lihassolu koostuu useista myofibrilleista ja Myofibrillit koostuvat perättäisistä sarkomeereista, jotka ovat lihaksen toiminnallisia yksiköitä. Sarkomeerien sisältä löytyy aktiini- ja myosiinifilamentit. Suurin voima tuotetaan sarkomeerin keskipituuksilla.

Luustolihasten tehtävä on liikuttaa ja niiden avulla ihminen hallitsee kehoaan. Luustolihaksen supistumiseen tarvitaan liikehermosoluilta aktiopotentiaali eli toimintakäsky, jotka lähtevät selkäytimestä tai aivorungon alueelta. Nämä lihasta käskyttävät liikehermosolut ovat nimeltään alfamotoneuroneita. Alfamotoneuroni ja sen hermottamat lihassyyt muodostavat oman motorisen yksikön. 

Aktiopotentiaalin johdosta alfamotoneuroni supistaa kaikki sen hermottomat lihassyyt. Tätä luustolihassolun ja alfamotoneuronin välinen liitosta kutsutaan hermo-lihasliitokseksi. Alfamotoneuronin ja lihaksen välistä liitosta kutsutaan aksoniksi ja yhtä sen haaraa kutsutaan hermopäätteeksi

Aksonista vapautuu asetyylikoliinia ( välittäjäaine) ja mikäli välittäjäainetta kulkeutuu riittävästi lihassolukalvon reseptoreille, aktiopotentiaali kulkeutuu koko pituudeltaan lihassyyhyn. Tämän johdosta ns. ioniportit avautuvat lihassolun kalvolla salliten natriumionien kulkeutumisen. Tämän vuoksi suola on äärimmäisen tärkeää ihmiselle! 

Lihassolukalvon depolarisaatiossa natriumionit muuttavat lihassolun sisäkalvon varauksen positiiviseksi. Aktiopotentiaalin on tapahduttava lihassolun sisällä, ennen kuin lihassolu voi toimia. Solukalvolta aktiopotentiaali etenee solunsisäiseen sarkoplasmakalvostoon erityisiä T-putkia pitkin. Vaikka sarkoplasmakalvostossa on vapaana runsaasti kalsiumioneja, aktiopotentiaalin aiheuttama natriumionien virtaus vapauttaa lisää kalsiumioneja, jonka johdosta lihassolun sisäinen kalsiumpitoisuus kasvaa ja lihas supistuu. 

Lihaksen ollessa levossa, troponiini ja tropomyosiini estävät myosiinin ja aktiinin välisten poikkisiltojen syntymisen.

Kalsiumionien tarttuneessa troponiiniin, niiden ja tropomyosiinin rakenne muuttuu.Tämän johdosta tropomyosiini siirtyy peittämästä aktiinin aktiivista kohtaa ja näin poikkisiltoja syntyy. 

Lihaksen supistuminen vaatii myös energiaa ja tästä vastaa myosiiniin sitoutuva ATP-molekyyli (adenosiinitrifosfaatti), joka pilkkoutuu ADP:ksi (adenosiinidifosfaatti), sekä  fosfaatiksi, jolloin vapautunut energia siirtyy jännittyneeseen myosiinin väkäseen. Solun kalsiumpitoisuuden kasvaessa riittävästi, myosiiniväkäset tarttuvat aktiiniin ja kampeavat aktiinifilamentteja ohitseen kohti sarkomeerin keskustaa.  Lihassyy pysyy supistuneena niin kauan kuin solunsisäinen kalsiumpitoisuus pysyy korkeana. Lihas relaksoituu, kun poikkisiltoja ei enää muodostu. 

Kalsiumionit pumpataan niin sanotuilla kalsiumpumpuilla takaisin sarkoplasmakalvostoon, jossa ne varastoituvat ennen uuden aktiopotentiaalin syntyä. Tämä prosessi vaatii energiaa ja sitä saadaan runsasenergisen ATP:n kautta. Kun kalsium on pumpattu takaisin sarkoplasmakalvostoon, myös troponiini ja tropomyosiini palautuvat normaaliin muotoonsa. Jos tätä ei tapahdu, lihastonus ei laske ja lihakseen tulee kramppi, tai pahimmassa tapauksessa kudosvaurio. 

Motoriset yksiköt ja voimantuotto 

Lihaksen voimantuoton voisi tiivistää kolmeen seikkaan: 

  • Aktiivisten motoristen yksiköiden määrä
  • Motoristen yksiköiden syttymisaste
  • Motoristen yksiköiden samanaikainen aktivaatio 

 

Motoriset yksiköt koostuvat yhdestä liikehermosolusta ja niiden hermottamista lihassoluista. Lihaksen käyttötarkoitus määrittää sen, kuinka monta lihassolua yhdessä motorisessa yksikössä on ja suurissa lihaksissa motorisia yksiköitä onkin usein vähemmän, mutta yhteen motoriseen yksikköön voi kuulua jopa tuhansia lihassoluja. Näiden motoristen yksiköiden funktiona ei ole tuottaa kovin hienomotorista työtä. 

Pienissä lihaksissa voi olla puolestaan suuri määrä motorisia yksiköitä ja yksi yksikkö ohjaa vain muutamaa lihassolua. Liikehermosolun lähettäessä ärsykkeitä lihakseen kaikki sen hermottamat lihassolut supistuvat samanaikaisesti. 

Todellisuudessa lihassolujen supistumisnopeus ja voima ovat samankaltaisia. Erilaiset supistumisnopeudet ja voimat ovat riippuvaisia niitä aktivoivasta hermotuksesta. Motoriset yksiköt jaetaan kolmeen pääryhmään fysiologisten ominaisuuksien perusteella.  Näitä ovat:

  1. nopeat mutta nopeasti väsyvät motoriset yksiköt
  2. nopeat ja väsymistä vastustavat motoriset yksiköt
  3. hitaat oksidatiiviset motoriset yksiköt

Hitaat motoriset yksiköt, I-tyypin yksiköt, pystyvät tuottamaan ATP:tä parhaiten oksidatiivisen energiantuottojärjestelmän kautta, pystyen sitoutttamaan paljon happea lihaksiin runsaasti sisältämänsä myoglobiinin(rautapitoinen proteiini) avulla. Tämän vuoksi niitä kutsutaan myös punaisiksi lihassyiksi. Niille on ominaista kestävyys ja tämän takia hitailla lihassyillä on tärkeä rooli esimerkiksi asentoa ylläpitävissä lihaksissa.

Nopeat IIB -tyypin motoriset yksiköt tuottavat energiaa parhaiten anaerobisen glykolyysin kautta ja niiden voimantuottotaso on korkea. Maksimaalisessa lihastyössä niiden maitohappopitoisuus nousee korkeaksi, eikä niiden kestävyysominaisuudet ole kummoiset. 

IIA-tyypin motoristen yksiköiden lihassolun voimantuottonopeus on nopea ja ne pystyvät muodostamaan ATP:ta kohtuullisesti myös aerobisesti. Ne ovat parhaita anaerobisessa toiminnassa. 

Lisäksi on olemassa niin sanottu C-tyypin motorisia yksikköjä. Harjoittelusta ja liikeärsykkeiden luonteesta riippuen, C-tyypin motorisia yksiköitä voi periaatteessa jalostaa nopeaan tai hitaaseen suuntaan. 

Motoristen yksiköiden rekrytointi tapahtuu ns. kokoperiaatteen mukaan, jolloin tahdonalaisessa liikkeessä pienimmillä hermosoluilla on matalin ärsytyskynnys ja suurimmilla hermosoluilla on korkein kynnys. Tämän vuoksi pitkissä sarjoissa (esim. 15 toistoa) kestää melko kauan ennenkuin isot motoriset yksiköt lähtevät mukaan. Toisin sanoen, pienet motoriset yksiköt aktivoidaan ensin ja suuremmat vasta tilanteen vaatiessa. Joitain poikkeuksia kuitenkin löytyy. Hieman lähteistä riippuen, rekrytoinnin ylärajaksi lihaksesta riippuen ilmoitetaan 65-85% maksimaalisesta voimantuotosta. Kun tämä on saavutettu, lisätään syttymistiheyttä.

Lihastyötavat – eli lihasten supistumismuodot

Lihastyö voi olla isotonista, tai isometrista.  Lihastyö jossa lihas lyhentyy kutsutaan isotoniseksi supistumiseksi. Lihaksen tuottama voima on suurempi kuin sitä vastustava voima. Tällaista lihastyötä, jossa lihaksen pituus muuttuu, kutsutaan dynaamiseksi. 

Dynaamisen lihastyön kaksi muotoa ovat konsentrinen ja eksentrinen lihastyö. Konsentrisessa lihastyössä ohuet filamentit kampeavat kohti sarkomeerin keskustaa ja eksentrisessä lihastyössä filamentit vetäytyvät pois päin sarkomeerin keskustasta. 

Isometrisellä supistuksella tarkoitetaan supistusta, jolloin vastustava voima ylittää lihaksen tuottaman voiman eikä lihaksen pituus muutu. Tällaisessa staattisessa lihastyössä nivelkulma ei muutu, toisin kuin dynaamisen supistuksen aikana. Staattisessa lihastyössä ulkoinen voima on niin suuri, etteivät filamentit pysty liikkumaan.  Staattista lihastyötä kuvaa esimerkiksi telinevoimisteluliikkeenä tunnettu Nojavaaka, kun taas Nojavaakapunnerrus olisi Dynaamista lihastyötä. 

Sensorinen hermosto 

Sensorinen hermosto ohjaa lihasten tahdosta riippumatonta supistumista. Luustolihasten supistuminen on tahdonalaista toimintaa, joiden toimintaan liittyy reflekseihin ja tasapainoon liittyvää, tahdosta riippumatonta toimintaa. 

Toimintoja ohjaavat lihassukkulat, Golgin jänne-elin sekä erilaiset venytys- ja painereseptorit, jotka sijaitsevat lihasten, nivelten ja jänteiden ympärillä.

Lihassukkulat ovat aistielimistä kaikkein monimutkaisin järjestelmä. Ne sijaitsevat poikkijuovaisten lihasten sisällä. Jokaista lihassukkulaa ympäröi sidekudoskotelo, joka kiinnittyy toisesta päästä poikkijuovaisiin lihaksiin, tai niiden kalvoihin sekä jänteisiin. Lihassukkulat venyvät liikkeiden ja venytysten aikana, mikä saa aikaan niiden tuntopäätteiden aktivoinnin. Lihassukkulan tehtävänä on aistia lihaksen venymistä ja jännittymistä. 

Lihassyitä hermottavat alfamotoneuronit, kun lihassukkuloita hermottavat puolestaan  gamma-motoneuronit

Kun lihakseen kohdistuu äkillistä venytystä, voimakkaasti venynyt lihas supistuu refleksinomaisesti, jolloin ärsyke välittyy selkäytimessä myös venyneen lihaksen antagonisti-, eli vastavaikuttajalihaksen alfamotoneuroneille. Esimerkiksi kun jalka ojentuu, nelipäisen reisilihaksen ojentaessa polvea, sen antagonistina toimii kaksipäinen reisilihas. Venytys kohdistuu aina antagonistilihaksee riippumatta millainen tilanne on. Venyneen lihaksen refleksinomainen supistuminen on sitä voimakkaampi mitä suurempi ärsyke gammamotoneuroneihin kohdistuu. Tämän vuoksi monipuolinen venyttelyharjoittelu tulee sisältään notkeuden eri tyyppien tasapuolista kehittämistä, jossa yksilölliset tarpeet on huomioitu.

Golgin jänne-elimet infoavat keskushermostoa siitä, miten suuri supistusvoima kullakin lihaksella on. Kuten nimestä paljastuu, Golgin jänne-elimet sijaitsevat pääosin lihas-jänneliitosten läheisyydessä. Ne ovat noin yhden millimetrin pituisia tuntoelimiä, omaten venymis- ja lyhenemiskyvyn. Lihaksen supistuessa jänne-elimet kiristyvät jolloin niiden välissä sijaitsevat vapaat tuntoaksonipäätteet painuvat kasaan ja tästä syntyy ärsyke, joka välittyy selkäytimen välisoluihin. Golgin jänne-elin pystyy tuottamaan ärsykkeen, jossa lihaksen supistusmisvoima joko lisääntyy tai vähenee. Kova äkillinen hyppytilanne, tai vaikkapa korokkeelta alastulo, ovat hyviä esimerkkejä tilanteista, joissa jalat saattavat pettää alta. Tämä johtuu juuri lihaskudoksia ja jännettä suojelevasta refleksitoiminnasta 

Nivelreseptorien sijanti ja tyypit vaihtelevat tehtävän mukaan, eivätkä ne ole samanlainen eroteltava kokonaisuus lihassukkulan ja Golgin jänne-elimen tavoin. Niiden tehtävänä on lähettää keskushermostoon tietoa nivelten asennosta, paikasta, kulmanopeudesta sekä niven sisäisestä paineesta. Ne pystyvät aistia myös mekaanista kuormitusta sekä nivelen kiihtyvyyttä. 

Taitava liikkuja on kinesteettisesti sensitiivinen. Mitä paremmin aistimme nivelten asentoja, liikettä, lihasten tuottamaa voimaa ja mitä parempi kyky meillä on eritellä eri nivelsegmenttejä(yksilöllisesti ja suhteessa toisiinsa), sitä paremmin liikumme. Proprioseptinen kyvykkyys voidaan määritellä ominaisuudeksi integroida mekanoreseptoreiden sensorinen informaatio kehon asentoihin ja liikkeisiin. Toisin sanoen kyvyksi ohjata ja kontrolloida liikuntasuoritusta kehon aistimusten perusteella. Jalkojen varassa erityisen merkittää on kyky aistia nilkan nivelen asentoja. 

Tietoisuus- ja häiriöteoriat selittävät jäätymistä painetilanteissa ja niiden kehittäminen on elinehto etenkin urheilussa, mutta näiden lisäksi kehollisten aistimusten hyödyntäminen taitojen opettelussa on oppimiselle eduksi. Tätä voidaan yhtä lailla kehittää harjoittelun avulla. 

Faskian rooli liikkeen ja asentojen aistimisessa

Faskiat synnyttävät, käsittelevät ja viestivät sensorista informaatiota sensoristen aistinsolujen, mekanoreseptoreiden avulla. Kontrolloimme kehoamme hermoston avulla ja keskushermosto tarvitsee informaatiota voidakseen reagoida kehossa tapahtuviin muutoksiin. Tätä informaatiota saadaan mm. somaattisen hermoston kautta, joka muodostuu sensorisesta ja motorisesta osasta eli tuntohermostosta ja liikehermostosta. 

Sensorisen hermoston toiminnot perustuvat aistinsoluista eli reseptoreista saatavaan informaatioon, joka kulkee aistiratoja pitkin aivoihin ja siellä edelleen omille projektioalueilleen. Reseptorit ovat sensitiivisiä spesifeille ärsykkeille ja muun tyyppinen ärsyke ei tuota niissä reaktioita. 

Mekanoreseptorit ovat sensorisia hermopäätteitä, jotka reagoivat mekaaniseen stimulaatioon eli liikkeeseen, tensioon ja paineeseen. Mekanoreseptoreiden aktivaatio keskushermostossa “varastaa huomiota” toisilta sensorista aistimusta välittäviltä aistinsoluilta, nosiseptoreilta. Nosiseptorit tuottavat vaara- ja ärsykeaistimusta, jonka keskushermosto voi tilanteesta riippuen tulkita kivuksi. 

Näiden kahden reseptorin keskinäisen aktivaation suhde ja määrä ovat merkityksellinen kivun ymmärtämisessä ja kroonisissa kiputiloissa. Mekanoreseptoreita on löydetty lähes joka puolelta kehoa, mutta erityisesti syvän faskian pinnallisessa sekä keskimmäisessä kerroksessa niitä on monin kertainen määrä muihin kudoksiin verrattuna. Juuri tämän tiheän hermotuksen vuoksi faskioilla on tärkeä rooli somatosensorisessa järjestelmässä. Faskioiden mekanoreseptorit osallistuvat merkittävästi liikkeen hahmotukseen ja säätelyyn. 

Raajoissa hermosolujen osuus koko faskian tilavuudesta voi olla jopa 1,2 % . Faskiassa on kaikkiaan neljän tyyppisiä sensorisia hermopäätteitä:

  • Golgin jänne-elin
  • Ruffinin pääte
  • Pacinin keränen 
  • vapaat hermopäätteet (eli interstitiaaliset reseptorit)

Vapaat hermopäätteet kattavat noin 80% kaikista sensorisista hermopäätteistä kehossamme, vastaten interoseptiosta eli kehon sisäisistä toiminnoista ja fysiologisista tarpeista.  Mekaanisesti mekanoreseptoreiden aktivoituminen johtuu Na -kanavien kasvusta solukalvon venytyksessä.

Mekanotransduktio 

Mekanotransduktio -prosessin aikana solut aistivat mekanoreseptoreiden avulla niihin kohdistuvia mekaanisia ärsykkeitä ja reagoivat niihin muuttamalla solun sisäistä biokemiaa sekä sähköisesti, että kemiallisesti. Mekaanisen ärsykkeen ja sitä seuraavan toiminnallisen reaktion välillä tapahtuu useita sähköisiä ja kemiallisia tapahtumia. 

Prosessin neljä eri vaihetta: 

  • (mekano)transduktio
  • transmissio
  • modulaatio
  • perseptio

Transduktio tarkoittaa muutoksia, esimerkiksi voimakasta kuormitusta tai muutoksia lihasten tonuksessa, jotka aikaansaavat mekanoreseptoreiden aktivoitumisen. Tällöin mekaanisen ärsykkeen energia johtaa hermopäätteiden sähkökemialliseen aktivoitumiseen. 

Transmissiossa reseptoreilta alkunsa saanut impulssi kulkeutuu ääreishermoamme pitkin keskushermostoon. Impulssi kulkee sensoriselle aivokuorelle asti, jotka aistivat kyseistä spesifiä ärsykettä. 

Modulaatio on Aisti-informaation muuntelua hermostossa ja sitä tapahtuu aivojen lisäksi osittain jo selkäydinkanavassa. 

Perseptio on informaation subjektiivinen vaste aivoissa eli se, miten aivot reagoivat ja tulkitsevat saadun informaation. 

 

Nosiseptio ei tarkoita automaattisesti kiputuntemusta, vaan kipu on aivojemme tulkinta saadusta sensorisesta informaatiosta. Mekanoreseptoreiden viestintä on yksisuuntaista kulkien faskiarakenteista keskushermoston suuntaan. 

Faskiaalisessa järjestelmässämme on myös osia, jotka viestivät kaksisuuntaisesti lähettäen ja vastaanottaen viestejä keskushermostosta. Nämä kaksisuuntaiset osat ovat lihasspindeleitä eli lihassukkuloita.

Kun faskiakalvot liikkuvat toisiinsa nähden, aivot tulkitsevat mekanoreseptoreihin kohdistuvat ärsykkeet liikkeenä, asentoina ja asentomuutoksina. Ihon liike johtaa kosketuksen aiheuttaman paineen sidekudosrakenteita pitkin pinnalliseen faskiaan ja siitä edelleen syvään faskiaan, mistä paine siirtyy lihaskalvoihin saaden aikaan kehossa asentotuntemusta muistuttavan reaktion. Tämän vuoksi nostovyö antaa apua raskaissa nostoissa.

Mekanoreseptoreiden aktivointi saa aikaan laajempia neurobiologisia muutoksia myös autonomisen hermoston kautta mm. verenkierron lisääntymisen kautta ja nostaen yleisesti parasympaattista aktivaatiota, joka laskee sykettä ja inhiboi stressihormoneja. 

Mekanoreseptoreiden impulssi aivokuorella inhiboi myös myofibroblastien toimintaa ja tätä kautta edistää faskioiden rentoutumista ja muuttaa paikallista nestedynamiikkaa solujen ja soluvälitilan välillä. 

Pinnallisessa ja syvässä faskiassa sijaitsevat Ruffinin päätteet ja vapaat hermopäätteet reagoidessaan vaikuttavat autonomiseen hermostoon. Hypotalamuksen kautta vaikutukset ulottuvat koko elimistöön alentaen kokonaistonusta, joka näkyy myös lihasten rentoutumisena. Rentoutumisella on vaikutusta kalvorakenteisiin, vapauttaen kalvojen välistä liikettä ja vähentäen faskioiden välisten sidekudosjatkumoiden tensiota. 

Koska hermorakenteet kulkevat faskioiden muodostamissa kulkureiteissä, muutokset faskioiden tensiossa ja liukumiskyvyssä toisiinsa nähden vaikuttavat hermopäätteiden lisäksi myös hermorunkoihin ja niiden liikkumiskykyyn muiden kudosten välissä

Golgin jänne-elin  (GTO)

Reseptorit jaetaan rakenteensa perusteella vapaisiin ja sidekudoskapselin ympäröimiin hermopäätteisiin. Golgin jänne-elin  on sukkulanmuotoinen, kollageenisäikeistä koostuva kapseli ja ne sijaitsevat syvässä faskiassa, erityisesti jänteiden alueella ja reagoivat näiden tensioon. Yhteen elimeen on liittyneenä keskimäärin 10–20 lihassolua. Ne ovat järjestäytyneet joko suoraan linjaan tai perättäin suhteessa. Alle 10% Golgin reseptoreista sijaitsee itse jänteessä ja suurin osa Golgin reseptoreista sijaitsee jännelihasliitoksen alueella, aponeuroosin kiinnitysalueilla, perifeerisissä nivelkapseleissa ja nivelsiteissä sekä ligamenteissa. 

Reseptoreiden tehtävä on reagoida nopeaan ja voimakkaaseen lihaksen supistumiseen ja jänteen venymiseen vähentämällä lihaksen tonusta. Ne lähettävät keskushermostolle viestin jänteeseen kohdistuvasta venytyksestä, sen nopeudesta ja muutoksista. 

Aktivoituessaan se inhiboi agonistin eli aktiivisen lihaksen alfamotoneuronin toimintaa, estäen agonistin lihassupistusta. Tämä fasilitoi antagonistin eli lihasparin vastavaikuttajan aktiivisuutta automaattisesti. 

Depolarisaatio(jännitteen laukeaminen) laukaisee aktiopotentiaaleja eli toimintajännitteitä sitä suuremmalla taajuudella mitä voimakkaampi ärsyke on. Reseptori toisin sanoen reagoi kuorman suuruuteen ja kuorman nopeuden muutoksille. 

GTO:n stimulaatiokynnys passiiviselle venytykselle on havaittu tutkimuksissa olevan huomattavasti herkempi, vaikkakin se aktivoituu lihassupistuksen ja passiivisen lihasvenytyksen tuottamasta tensiosta. Tämä johtuu GTO:n kudoksia suojelevasta roolista liiallisen venymisen estäjänä. 

Terve kudos ei estä liikettä 

Luonnollisesti kaikille rakenteilla on niiden anatominen raja, jonka ylittäminen tarkoittaa rakenteen hajoamista. Terveessä luurankolihaksessa ei itsessään ole liikelaajuutta estäviä fysiologisia tekijöitä. Lihaksen sarkomeerien venymiskyky on suhteessa niin laaja lepopituudesta repeämispisteeseen asti, että muut sidekudosrakenteet ja myös neuraaliset tekijät suojaavat kudoksia. Ensiksi GTO:n toimesta sallien ja sen jälkeen lihassukkuloiden toimesta estäen toiminnallisen rakenteen venymisen, paljon ennen lihaksen repeämispistettä. 

Lihas-jänne-liitoksen kireys saattaa olla yksi vaikuttava tekijä tensioherkkyyteen. Jäykässä lihas-jänne-liitoksessa sijaitseva GTO ei reagoi niin herkästi lihastension muutoksille, mistä seuraa, että myös alfamotoneuronin inhibaatio on vähäisempää. 

GTO voi myös ”sammua” pitkittyneen tension johdosta, lakaten tuottamasta ärsykettä keskushermostolle. Tästä käytetään joskus termiä ”lenghthening reaction”, yleisemmin kuitenkin creep-ilmiöksi. Creep-ilmiössä on kyse kudosten pidentymisreaktiosta ja sidekudosrakenteen fysiologisista muutoksista, jotka tapahtuvat pitkittyneen kuormituksen vuoksi. Tämä voi olla seurausta huonosta ergonomiasta tai trauman aiheuttamasta asentovirheestä. Staattinen passiivinen venytys ei aiheuta ärsykkeitä itse jänteessä sijaitseviin Golgin jänne-elimiin, joten venytetyn kudoksen pidentyminen tapahtuu jonkin muun mekanismin avulla ja liittyisi faskioiden neurosensitiivisyyteen ja mekanotransduktioon. 

Koska hyvin pieni prosentti (noin 7-10%) Golgin jänne-elimistä sijaitsee itse jänteissä ja suurin osa lihasjänneliitoksissa, nivelkapseleissa, pidäkesiteissä ja kalvojänteissä, viesti keskushermostoon venytysärsykkeistä saattaa tulla jänteiden sijaan syvien faskiaalisten rakenteiden kautta. Useat tutkijat ovat sitä mieltä, että esimerkiksi venyttelyn jälkeinen liikeradan lisääntyminen ei olisi lainkaan seurausta kudosten rakenteellisesta venymisestä (pidentymisestä), vaan johtuu lihastonuksen alenemisesta. Tämän katsotaan olevan seurausta venytyksen aiheuttamasta GTO:iden ja lihassukkuloiden aikaansaamasta hermostollisesta reaktiosta. Henkilökohtaisesti että näin voi olla akuutisti, mutta krooniset, eli pitkäaikaiset muutokset edellyttävät myös rakenteellisia muutoksia. 

GTO:n aktivaatiota voidaan hyödyntää etenkin posterioristen lihasryhmien lihaskireyksien ja liikelaajuuden lisäämisessä, käyttäen ns. CRAC -menetelmää, jossa tulee ensin venytettävän lihaksen jännitys(C-contract), sen jälkeen lihaksen renoutus(R=relax). Tätä seuraa Agonisti -lihaksen jännitys (AC =Agonist Contract) jonka aikana lihas viedään pidemmälle venytykseen mikäli se on mahdollista. Liikerata voidaan viedä sen laajuuden maksimiin passiivisesti ja asennossa suoritetaan 5-8 sekunnin mittainen, isometrinen lihasjännitys, joka saa GTO:n reagoimaan ja inhiboimaan venytettävää lihasta. Lihassupistuksen loputtua kyseinen lihassolukko rentoutuu, jolloin liikelaajuutta voidaan kasvattaa passiivisesti entistä pidemmälle. Tästä tekniikasta käytetään nimeä postisometrinen relaksaatio (PIR, post isometric relaxation) ja versioita tästä on useita. Esittämäni CRAC on vain yksi niistä. Yhteistä näille post-isometrisille relaksaatio -venytyksille on , että niissä GTO:n afferentti (tuova hermosyy) hermoimpulssi kulkeutuu selkäytimen takasarveen, jossa se yhtyy venytettävän lihaksen toimintaa inhiboivaan motoneuroniin. Tämä toiminta estää efferenttien (vievän hermosyyn) motoneuronien toimintaa, edelleen estäen lihaksen supistumista. Tämä johtaa lihastonuksen alenemiseen ja samalla venytettävän lihaksen rentoutumiseen sekä pidentymiseen. 

Tila kestää muutamia sekunteja ja silloin voidaan saavuttaa sen hetkinen, suurin mahdollinen nivelen liikkuvuus. Useimmiten vasteen aikaansaamiseksi riittää n. 10-30% suuruinen jännitys suhteessa maksimaaliseen voimantuottoon, mutta kokemuksen myötä tätä voidaan progressiivisesti kasvattaa. Staattisissa Aktiivisissa Venytyksissä kuormitus saattaa olla jopa lähes maksimaalinen. Liian nopea eteneminen, tai liian voimakkaat jännitykset voivat saada aikaiseksi kramppeja ja jopa lihasvaurioita lihaskudokseen tai sen insertio-alueisiin luussa ja syvässä faskiassa.

Lihassukkula 

Lihassukkulat (lihasspindelit) sijaitsevat lihassolujen välissä, järjestäytyneenä rinnakkain, samansuuntaisesti lihassyiden kanssa. Lihassukkuloiden voisi nimittää faskiasukkulaksi, koska ne eivät kiinnity suoraan lihassoluihin, vaan ovat täysin kalvorakenteiden ympäröimiä ja niihin kiinnittyneitä. 

Lihasspindeli on rakenteeltaan kapselimainen kotelo, jonka sisällä on lihassolukkoa(intrafusaalisolut), hermopäätteitä ja sidekudosta. Lihasspindeliä ympäröivät normaalit luurankolihassolut (ekstrafusaalisolut) ja nämä ovat alfamotoneuronien hermottamia. 

Intrafusaalisolut voidaan erotella kahteen pääryhmään: tumasäkkisolut ja tumaketjusolut. Tumasäkkisolut jaetaan edelleen staattisiin ja dynaamisiin soluihin. Intrafusaalisoluja hermottavat gammamotoneuronit, jotka jaetaan dynaamisiin (hermotus pääasiassa tumasäkkisoluun) ja staattisiin (hermotus pääasiassa tumaketjusoluun) motoneuroneihin. Toisin kuin ekstrafusaalisoluissa (myofibrillit), intrafusaalisolussa on supistumaton keskialue ja supistuvia elementtejä on ainoastaan solun molemmissa päissä 

Ihmisen lihaksistossa on keskimäärin 25 000 – 30 000 lihasspindeliä ja yksittäisessä lihaksessa voi olla jopa 500 spindeliä

Lihassukkula toimii aistinelimenä välittäen informaatiota lihassolukkoon kohdistuvasta tensiosta. Koska se on samaan aikaan gamma-motoneuronin hermottama, (jotka säätelevät lihasspindelin tension muuttumista suhteessa lihaspituuden muutoksiin), se pystyy tarpeen vaatiessa aktivoimaan kaikki ne lihassolut, joihin se on kalvorakenteen kautta kontaktissa.

Lihasspindeli voi joko lisätä, tai vähentää supistuvien lihassolujen määrää ja sitä kautta (keskushermoston ohjauksessa) hienosäätää voimantuottoa. 

Lihasspindelissä on kaksi erilaista hermopäätealuetta: ensisijainen pääte ja eri määriä toissijaisia päätteitä. Muutokset lihassolun pituudessa venytyksen aikana ja liikkeen nopeus, jolla venytys suoritetaan, aktivoivat ensisijaisia hermopäätteitä.. Ensisijaisia hermopäätteitä löytyy tumasäkkisolusta ja tumaketjusolusta 

Toissijaisia hermopäätteitä löytyy pääosin vain tumaketjusolusta. Ne reagoivat ainoastaan pituuden muutoksiin. 

Monosynaptinen venytysrefleksi

Lihassukkula on herkkä faskiaalisessa järjestelmässä tapahtuville muutoksille juuri sen vuoksi, että se on kiinteässä yhteydessä faskioihin. Sen toiminta on riippuvainen tension muutoksista itse kapselin sisällä ja sen ulkopuolella. Faskiaverkon kautta lihaksen passiivinenkin venytys voi aktivoida myös lihassukkuloita. Kun lihasta venytetään passiivisesti, myös sen lihasspindeleiden intrafusaalisolut venyvät, nostaen afferenttien hermosyiden aktiivisuutta. Nämä hermosyyt päättyvät venytettävän spindelin soluihin, aiheuttaen kyseisen lihaksen supistumisen, koska afferentti neuroni synapsoituu saman lihaksen ekstrafusaalisoluja hermottavaan alfamotoneuroniin. 

Passiivisen venytysrefleksin tehtävä on vastustaa kaikkea passiivista muutosta lihaksessa, jotta lihaksen optimaalinen lepopituus säilyisi. Jos lihassukkulaan kohdistuu ylimääräistä tai epänormaalia tensiota, tai sitä ympäröivät kudokset ovat epätasapainossa, lihassukkula voi herkistyä / toiminta häiriintyä, jolloin se saattaa vaikuttaa hienomotoriikkaan ja kokonaisvoimantuottoon. 

Proprioseptiikka

Propioseptiikka vaikuttaa motorisiin taitoihin ja kykyyn toimia elinympäristössä.  Proprioseptorit ovat erikoistuneita reseptoreita kehon lihaksissa, jänteissä, nivelpussien seinämissä, nivelsiteissä ja sidekudoksissa.Proprioseptiikka voidaan jakaa kolmeen osaan: 

  1. Asentotunto
  2. Liikehavainto
  3. Voiman aistiminen

Asentotunto aistii raajojen asennot ja niiden sijainnin suhteessa toisiinsa. 

Liikehavainto aistii nivelen asennon muuttumisen kehonosien muuttaessa asentoa suhteessa toisiinsa. 

Voiman aistiminen arvioi miten paljon voimaa tarvitaan nivelen liikuttamiseen haluttuun asentoon ja asennossa pysymiseen. 

Näistä kolmesta aistimuksesta syntyy kehon proprioseptiikka, aina silmien liikuttajalihaksista varpaan kärkiin. 

Lihassukkulat ja Golgin jänne-elimet ovat myös proprioseptoreita, joiksi luokitellaan myös nivelkapseli- ja ligamenttireseptorit. Näistä perifeerisistä, sensorisista reseptoreista saatavaa afferenttia informaatiota raajojen, vartalon ja pään asennosta ja liikkeestä kutsutaan proprioseptiikaksi eli asentotunnoksi. Asentotunto on yksi aisteistamme näkö- ja kuuloaistin tavoin. 

Proprioseptorit sijoittuvat tietyille proprioseptiivisille alueille, jotka sijaitsevat mm. syvällä nivelissä. Proprioseptoreita on varsinkin pidäkesiteiden (retinaculum) alueilla, jotka ovat syvän faskian paksuuntumia, kiinnittyen luihin ja jänteisiin. Niiden rakenne on nivelsiteiden rakennetta monimutkaisempi, mm. säieorientaatio vaihtelee eri kerroksissa. 

Juuri pidäkesiteet ovat faskian rakenteista kaikkein tiheimmin hermotettuja ja niissä on erityisen runsaasti proprioseptiivisia hermopäätteitä. Ne kykenevät aistimaan nivelkapselin kiristymisen lisäksi myös luun liikkeitä, lihasten aiheuttamaa tensiota ja näiden yhteisvaikutuksia koko sidekudosjärjestelmässä. Niillä on suuri merkitys nivelten stabiloinnissa ja liikkeen hallinnassa. 

Proprioseptiikka ei kykene suoraan vaikuttamaan itse tuotettavaan liikkeeseen, vaan proprioseptiikalla on välittämänsä informaation kautta tärkeä rooli liikkeen koordinoinnissa. Ilman tätä syntyy mm. koordinoinnin vaikeutta ja liikkeen tarkkuuden, sekä ajoituksen haasteita. 

Kehon eksteroseptorit ovat ihon ja ihonalaisen kudoksen paine- ja kosketusreseptoreita, joiden tehtävänä on reagoida ulkoisiin ärsykkeisiin, kuten kosketukseen. Ne älittävät afferenttia informaatiota mm. kivusta, lämpötilasta tai liikkeestä. 

Eksteroseptorit saattavat olla jopa herkempiä ja aktiivisempia tunnistamaan ja säätelemään liikettä, kuin Golgin jänne-elimet, nivelkapseli- ja ligamenttireseptorit. 

Oleellista on tiedostaa proprioseptiikan toimivan yhdessä eksteroseptiikan kanssa. Kun proprioseptinen ja eksteroseptinen tieto yhdistetään keskushermostossa, keho voi tiedon avulla tuottaa hyvin nopean vasteen asennon muutokseen. 

Ruffinin pääte 

Ruffinin päätteitä on ihossa, pinnallisessa faskiassa ja erityisesti syvässä faskiassa. Niiden tehtävä on reagoida pitkäkestoiseen paineeseen, hitaisiin paineen ja tension muutoksiin, venytykseen, sekä etenkin poikittaissuuntaiseen liikkeeseen rentouttamalla lihasta. 

Ruffinin päätteet ovat kapseloituneita reseptoreita joilla on suora yhteys parasympaattiseen hermostoon ja tämän ansiosta niiden manipulointia voidaan käyttää sympaattisen hermoston aktivaation laskemiseen. 

Ne reagoivat nopeasti, mutta adaptoituvat hitaasti. Tämä yhdistelmä tekee niistä mielenkiintoisia mekanoreseptoreita kivun, stressin ja jännittyneisyyden hoitamisessa. 

Ruffinin päätteet reagoivat erityisen herkästi poikittaiseen (lateraaliseen) kudoksen venytykseen. Ruffinin päätteiden hitaan adaptaation vuoksi kudoksen venytystä ja painetta voidaan jatkaa melko pitkään, jolloin saadaan pitkäkestoista aktivaatiota hermostoon kipualueelle nosiseption syrjäyttämiseksi. 

Pacinin keränen 

Pacinin keränen koostuu myelinisoituneesta hermopäätteestä, jota ympäröi kapselirakenne. Myeliinituppi ympäröi hermoa jonkin matkaa kapselin sisälle asti ja häviää sitten. Myelinisoitumatonta aksonin osaa ympäröivät useat Schwanninsoluliuskat, jotka muodostavat kapselin sisäosan. Kapselin ulko-osa muodostuu liuskoista, joiden välissä on lymfan kaltaista nestettä. 

Pacinin keräsiä on syvässä faskiassa, luiden ja jänteiden yhteydessä nivelkapseleissa ja pidäkesiteissä, sekä suolistossa. Ne aistivat herkästi kosketusta, painetta ja värähtelyä(etenkin >150 Hz värinää). 

Pacinin keräset reagoivat nopeisiin, rytmisiin muutoksiin jännitteessä. Pitkäkestoinen paikalla olo saa ne aktivoitumaan, jolloin ne pyrkivät saada kehossa aikaan liikehdintää. Liike ja liikkuminen rauhoittavat Pacinin keräsiä ja sitä kautta normalisoivat hermoston toiminnan. 

Vapaat hermopäätteet 

Vapaat hermopäätteet välittävät hermostolle informaatiota mekaanisesta ärsykkeestä, kuten kudoksen liikkeestä,paineesta ja venytyksestä. Vapaita hermopäätteitä sijaitsee lihassoluissa, lihaskaloissa, jänteissä, Golgin jänne -elimissä, nivelkapseleissa, nivelsiteissä, sidekudoksissa ja jopa verisuonissa.  Vapailla hermopäätteillä ei ole ympäröivää kapselia. Niitä on siis ympäri kehoa mm. ihossa, luukalvossa, syvässä faskiassa ja sisäelinten kalvorakenteissa. Erityisen runsaasti vapaita hermopäätteitä on nivelkapseleissa, joissa ne toimivat proprioseptoreina välittäen tietoa nivelen asennosta. 

Vapaat hermopäätteet toimivat pääasiassa mekanoreseptoreina, mutta ne ovat muuntumiskykyisiä. Kortisolin ja adrenaliinin vaikutuksesta vapaat hermopäätteet voivat muuntua nosiseptoreiksi, jolloin mekaaninen tensio aiheuttaa asentotuntemuksen sijaan kipusignaaleja. Tällainen tilanne vaatisi hermoston ”nollausta”. 

Kehon toimintaan ja mm. faskioihin kohdistuvat tutkimukset painottuvat vahvasti anatomiaan siitäkin huolimatta, että toiminnallista määrittelyä tarvittaisiin huomattavasti enemmän.Tarvitaan siis paljon lisää tietoa liikkeestä ja sen merkityksestä, jotta osaisimme paremmin kertoa kehon todellisesta toiminnasta. Selvää on, että oli sitten kyse mekaanisesta, plastisesta, hermostollisesta, aineenvaihdunnallisesta, nestedynamiikkaan vaikuttavasta, tai kehon tensiojärjestelmää normalisoivasta toiminnasta, yksi ja sama asia ei voi toimia kaikilla samalla tavoin. Tämän vuoksi sekä valmentajien, että kuntoutuksen ammattilaisten tulisi omata riittävän kattava arsenaali eri vaihtoehtoja.

 

Movement Coach ja Biomekaniikan ABC -koulutukset

Kirjoittaja: