HIIT ja voimaharjoittelu: miten yhdistää ne tehokkaasti?

Häiriöilmiö ja nykynäkemykset

Yhdistelmäharjoittelua (concurrent training, CT) – voimaharjoittelun ja kestävyyskunnon samanaikaista integrointia harjoitusohjelmaan – on historiallisesti pidetty luonnostaan vastakkaisena maksimaalisen lihasvoiman, hypertrofian ja tehon kehittymiselle [4]. Varhaiset käsitteelliset mallit, kuten Dochertyn ja Sporerin esittämä malli, väittivät interferenssin saavuttavan huippunsa, kun korkeatehoinen intervalliharjoittelu (HIIT teholla 95–100 % $\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$) yhdistetään keski- tai korkeatoistoiseen voimaharjoitteluun ($\ge 10$ toistomaksimia [RM]) [2].

Nykyaikainen liikuntafysiologia on kuitenkin tarkistanut tätä näkemystä merkittävästi. Harjoitelleita joukkueurheilijoita arvioineet meta-analyyttiset tiedot osoittavat, että voimaharjoittelun yhdistäminen HIIT-pohjaiseen harjoitteluun voi parantaa alavartalon maksimivoimaa merkitsevästi verrattuna pelkkään voimaharjoitteluun (keskimääräinen ero: 4,20 kg, 95 % LV: 0,71–7,68, $p=0,02$) heikentämättä alavartalon tehoadaptaatioita (standardoitu keskimääräinen ero: 0,08, 95 % LV: -0,23–0,39, $p=0,62$) [1]. Nämä havainnot haastavat oletuksen, jonka mukaan korkeatehoinen aerobinen harjoittelu väistämättä heikentäisi hermolihasjärjestelmän adaptaatiota [1, 2].

Molekyylitason signalointi ja solunsisäisen ristivaikutuksen hypoteesi

Yksittäinen voimaharjoituskerta nostaa luurankolihaksen proteiinisynteesinopeutta (MPS) jopa 2,7-kertaiseksi lepotasoon nähden palautumisen alkuvaiheessa (1–5 tuntia), ja nousu jatkuu 24–48 tuntia [11]. Tätä anabolista vastetta välittää ensisijaisesti rapamysiinin mekaaninen kohde kompleksi 1 (mTORC1), joka ohjaa cap-riippuvaista translaation aloitusta fosforyloimalla alavirran efektoreita, mukaan lukien p70S6-kinaasi 1:tä (S6K1) ja eukaryoottista initiaatiofaktoria 4E sitovaa proteiini 1:tä (4E-BP1) [10, 11]. Kun mTORC1 estetään farmakologisesti rapamysiinillä, harjoituksen aiheuttama varhainen lihasproteiinisynteesin nousu ihmisellä eliminoituu ja ylikuormituksen indusoima hypertrofia jyrsijämalleissa estyy noin 95-prosenttisesti [11].

Klassinen molekyylitason interferenssimalli esitti, että kestävyysharjoittelu aktivoi 5'-adenosiinimonofosfaatin aktivoimaa proteiinikinaasia (AMPK) adenylaattikinaasin tuottaman kohonneen solunsisäisen AMP-pitoisuuden kautta [6, 12]. Fosforyloitunut AMPK toimii energiaa aistivana mTORC1:n negatiivisena säätelijänä fosforyloimalla suoraan Raptor-alayksikköä ja lisäämällä tuberoosiskleroosikompleksi 2:n (TSC2) aktiivisuutta, mikä estää alavirran p70S6K:n fosforylaatiota ja translaation aloitusta [6, 12]. Samanaikaisesti AMPK edistää mitokondrioiden biogeneesiä peroksisomiproliferaattorin aktivoiman reseptori gamma -koaktivaattori 1-alfan (PGC-1$\alpha$) transkription kautta ja stimuloi autofagiaa ULK1-fosforylaation välityksellä [12].

Voimaharjoittelu                       Korkeatehoinen kestävyys
       │                                           │
 Akt-aktivaatio                             AMPK-aktivaatio
       │                                      │           │
 TSC2-inhibitio                        TSC2-aktivaatio Raptor-inh.
       │                                      └───┬───────┘
       ▼                                          ▼
mTORC1-aktivaatio   ◄───────────────────  mTORC1-suppressio
       │
p70S6K1- ja 4E-BP1 -fosforylaatio
       │
Cap-riippuvainen translaatio & MyoPS

Tästä teoreettisesta vastakkainasettelusta huolimatta empiirinen tutkimus osoittaa, että molekyylitason interferenssi ei ole ehdoton este käytännön harjoitteluolosuhteissa [2, 9]. Vapaasti elävien koehenkilöiden myofibrillaarista proteiinisynteesiä (MyoPS) ja akuuttia harjoituksen jälkeistä signalointia tarkastelleet tutkimukset osoittavat, että palautumisen varhaisvaiheen mTORC1-signalointi tai integroitu MyoPS-taso eivät heikenny, kun voimaharjoittelu yhdistetään HIIT- tai tasavauhtiseen keskiraskaaseen kestävyysharjoitteluun (MICT) [2]. Ihmisen luurankolihaksessa heti voimaharjoituksen jälkeen suoritettu HIIT (10 $\times$ 1 minuutti teholla 90 % maksimisykkeestä) sai aikaan merkitsevästi korkeamman mTOR-fosforylaation (Ser2448) ja kohonneet PGC-1$\alpha$-mRNA-variantit verrattuna pelkkään voimaharjoitteluun, joskin myös lihasproteiinin hajotuksen merkkiaine MuRF-1 oli koholla [9].

Lisäksi AMPK:n aktivoituminen kestävyysharjoittelun aikana on tehoriippuvaista: Rose ym. osoittivat huomattavan AMPK-fosforylaation teholla 85 % $\dot{V}{\text{O}}_{2\text{peak}}$ verrattuna tehoon 35 % $\dot{V}{\text{O}}_{2\text{peak}}$, kun taas kohtuutehoinen pyöräily noin 65 % $\dot{V}{\text{O}}_{2\text{peak}}$ -teholla ei aktivoinut luurankolihaksen AMPK:ta kestävyysharjoitelleilla henkilöillä [7]. Koska harjoitustausta tarkentaa ja vaimentaa molekyylisignalointireittejä – harjoittelemattomilla yksilöillä ilmenee yleisluontoisia transkriptiovasteita, kun taas harjoitelleilla urheilijoilla on erikoistuneita, fenotyyppikohtaisia adaptaatioita –, interferenssin todellinen ilmeneminen riippuu voimakkaasti urheilijan harjoitustaustasta, volyymista ja harjoituskerran toteutuksesta [7].

Akuutti jäännösväsymys vs. krooninen molekyyliadaptaatio

Nykyinen näyttö viittaa siihen, että interferenssivaikutusta ajaa ensisijaisesti akuutti hermolihasjärjestelmän ja aineenvaihdunnan jäännösväsymys pysyvän, kroonisen molekyylitason yhteensopimattomuuden sijaan [2]. Kun korkeatehoiset kestävyysosiot kuluttavat lihaksen glykogeenia, aiheuttavat perifeeristä väsymystä tai saavat aikaan harjoituksen aiheuttamia lihasvaurioita, sitä seuraava voimantuotto ja voimaharjoittelussa saavutettu volyymikuorma pienenevät [2, 4].

Vechinin ym. päivitetyt mallit osoittavat, että erittäin korkeatehoiset intervallimuodot, kuten sprintti-intervalliharjoittelu (SIT, ~180 % maksimaalisesta aerobisesta tehosta) ja toistetut sprintit (RST, ~140 % maksimaalisesta aerobisesta tehosta), jakavat samanlaiset hermolihasjärjestelmän rekrytointiprofiilit ja glykolyyttiset vaatimukset kuin $\ge 10$ RM:n voimasarjat [2]. Nämä sprintti-intervalliprotokollat eivät heikennä hermolihasjärjestelmän adaptaatioita aktiivisilla naisilla, rugbynpelaajilla tai jääkiekkoilijoilla [2]. Koska MICT, HIIT ja SIT edistävät kaikki samankaltaisia perifeerisiä oksidatiivisia adaptaatioita (kuten mitokondrioiden biogeneesiä ja hiussuoniston angiogeneesiä), valmentajilla ja urheilijoilla on runsaasti joustovaraa valita kestävyysmuotoja, jotka rajoittavat liiallista väsymystä [2].

Harjoitusmuoto: Mekaaninen kuormitus ja lihasvaurio

Aerobisen harjoittelun muoto määrittää pitkälti pitkäkestoisissa interventioissa havaitun interferenssin asteen [4, 5]. Wilsonin ym. uraauurtava 21 tutkimuksen ja 422 efektikoon meta-analyysi tunnisti merkittäviä eroja suoritusmuodon perusteella: yhdistetyt voima- ja juoksuohjelmat johtivat merkitseviin heikennyksiin hypertrofia- ja voima-adaptaatioissa, kun taas voimaharjoittelun yhdistäminen pyöräilyyn ei heikentänyt näitä tuloksia [4].

Tämä ero on ensisijaisesti mekaaninen: juoksu sisältää voimakkaita askeltörmäyksiä ja eksentrisiä jarrutusvaiheita, jotka aiheuttavat enemmän lihasvaurioita ja pidentävät rakenteellisen palautumisen kestoa [5]. Sitä vastoin pyöräily ja kelkan työntö (esim. prowler-työnnöt) ovat pääosin konsentrisia suorituksia, joissa on vähäinen eksentrinen kuormitus, ja niiden mekaaninen profiili ei lisää voimaharjoittelun aiheuttamaa rakenteellista lihastraumaa [5].

Myös kestävyysharjoittelun volyymiparametreilla on annos-vastesuhde interferenssiin. Wilson ym. raportoivat kestävyysharjoittelun tiheyden ($r=-0,26...-0,35$) ja keston ($r=-0,29...-0,75$) korreloivan merkitsevän negatiivisesti hypertrofian, voiman ja tehon kehittymisen kanssa, kun taas rasvamassan väheneminen korreloi suoraan suhteellisen kestävyystehon kanssa ($r=-0,60,p<0,05$) [4]. Näin ollen korkeatehoisempi ja lyhytkestoisempi intervalliharjoittelu tarjoaa usein ajankäytöllisesti tehokkaamman tavan saavuttaa kunto- ja kehonkoostumustavoitteet rajoittaen samalla kestävyysharjoittelun kokonaisvolyymia [4].

Harjoitusjärjestys ja harjoituskertojen ajoitus

Kun voimaharjoittelu ja aerobinen harjoittelu suoritetaan samana päivänä tai saman harjoituskerran aikana, harjoituksen sisäinen järjestys vaikuttaa sekä alavirran signalointiin että suorituskykyyn voimaharjoitteissa [2, 6].

Prekliinisissä malleissa, joissa arvioitiin saman päivän yhdistelmäharjoittelua yhden tunnin lepotauolla, voimaharjoituksen suorittaminen ennen kestävyysharjoitusta (RE-EE) lisäsi merkitsevästi keskeisten anabolisten kohteiden – p70S6K:n, ribosomaalisen proteiini S6:n ja 4E-BP1:n – fosforylaatiota, kun taas päinvastainen järjestys (EE-RE) ei onnistunut nostamaan näitä merkkiaineita [6]. Olennaista on, että molemmat harjoitusjärjestykset lisäsivät mitokondrioiden hengitysketjukompleksin proteiineja (MTCO1, UQCRC2, ATP5A) yhtä paljon, mikä osoittaa, että voimaharjoittelun sijoittaminen ensimmäiseksi säilyttää anabolisen signaloinnin vaimentamatta mitokondrioiden biogeneesiä [6].

Ihmisurheilijoilla tehty meta-analyyttinen alaryhmäanalyysi osoittaa, että harjoituksen sisäinen järjestys (voima ennen vs. jälkeen kestävyyden) ei tuota tilastollisesti merkitsevää alaryhmävaikutusta fyysisen suorituskyvyn parametreissa harjoitelleilla joukkueurheilijoilla [1]. Akuutin jäännösväsymyksen hypoteesin perusteella korkeatehoisen aerobisen harjoittelun sijoittamista voimaharjoituksen jälkeen tai näiden kahden harjoitusmuodon eriyttämistä eri harjoitusikkunoihin suositellaan, jotta vältetään korkean kynnysarvon motoristen yksiköiden rekrytoinnin heikentyminen raskaissa voimasarjoissa [2, 9].

Käytännön suositukset interferenssin minimoimiseksi

Yhdistääkseen korkeatehoisen aerobisen harjoittelun voimaharjoitteluun siten, että voima, teho ja lihasmassa säilyvät, valmentajien ja urheilijoiden tulisi soveltaa seuraavia näyttöön perustuvia strategioita:

1. Hallitse kestävyysharjoittelun tiheyttä ja kestoa: Rajoita kestävyysharjoittelun tiheys ja kesto pienimpään mahdolliseen annokseen, joka riittää kuntotavoitteiden saavuttamiseen, sillä molemmat parametrit korreloivat negatiivisesti voima- ja hypertrofia-adaptaatioiden kanssa [4].
2. Suosi konsentrisvoittoisia harjoitusmuotoja: Käytä mahdollisuuksien mukaan pyöräilyä, soutua tai kuormitettua kelkantyöntöä iskuttavan juoksun sijaan vähentääksesi eksentristä lihasvauriota ja nopeutunutta rakenteellista väsymystä [4, 5].
3. Sijoita voimaharjoittelu ennen kestävyysharjoittelua: Suorita maksimikuormitteinen voimaharjoittelu ennen HIIT-, SIT- tai tasavauhtisia kestävyysosioita saman päivän harjoituksissa, jotta estetään akuuttia jäännösväsymystä heikentämästä mekaanista kuormitusta ja anabolisia signalointikaskadeja [2, 6].
4. Hyödynnä sprintti-intervallimuotoja (SIT/RST): Sisällytä harjoitteluun SIT-harjoittelua (~180 % maksimaalisesta aerobisesta tehosta) tai RST-harjoittelua (~140 % maksimaalisesta aerobisesta tehosta) saavuttaaksesi kardiovaskulaarisia ja metabolisia adaptaatioita hermolihasjärjestelmän rekrytointimalleilla, jotka tukevat voimaharjoittelua [2].
5. Eriytä harjoituskerrat mahdollisuuksien mukaan: Aikataulun salliessa erota korkeatehoiset kestävyys- ja voimaharjoitukset useammalla tunnilla tai sijoita ne vuoropäiville aineenvaihdunnan häiriötilan normalisoimiseksi ja lihasten palautumisen mahdollistamiseksi [9].
6. Optimoi ravitsemuksellinen tuki: Ylläpidä vähintään noin 1,6 g/kg/vrk päivittäistä proteiininsaantia jaettuna aterioille noin 0,25 g/kg kerta-annoksiin nuoremmilla ja noin 0,40 g/kg kerta-annoksiin iäkkäämmillä urheilijoilla painottaen leusiinirikkaita lähteitä mTORC1-aktivaation ylläpitämiseksi ja samanaikaisen katabolisen signaloinnin kumoamiseksi [9, 10].