Miten fyysinen työ vaikuttaa lihaskatoon ja palautumiseen dieetillä

Runsaskestoinen työhön liittyvä fyysinen aktiivisuus (OPA) luo kalorivajeen aikana huomattavasti erilaisen fysiologisen ympäristön kuin passiivinen arki. Vaikka toistuva matalatehoinen lihaskuormitus voi tarjota paikallisia signaaleja, jotka vaimentavat lihaskatoa aktiivisissa raajoissa [1], [9], pitkittynyt työkuormitus heikentää autonomisen hermoston systeemistä palautumista [11], kohottaa katabolisia hormonimarkkereita [1], [9] ja kiihdyttää ravinnon aminohappojen hapettumista [18], [22]. Ilman kohdennettuja muutoksia ravitsemukseen ja harjoitusvolyymiin fyysisesti raskas työ energiavajeen aikana lisää yleistä katabolista stressiä sen sijaan, että se toimisi suunnitelmallisen harjoittelun tavoin.

Lihasmassan säilyttäminen: Paikallinen kuormitus vs. systeeminen energiavaje

Kalorirajoituksen aikana elimistö luonnollisesti vaimentaa lepotilan lihasproteiinisynteesiä (MPS). Kohtuullisen 10 päivän kalorivajeen (~80 % energiantarpeesta) on osoitettu laskevan lihaksen fraktionaalista synteesinopeutta noin 19 % ja heikentävän anabolisia signalointireittejä, mukaan lukien Akt- ja 4E-BP1-fosforylaatiota [21]. Pelkällä ruokavaliolla toteutetussa painonpudotuksessa rasvattoman kudoksen osuus kokonaispainonpudotuksesta on keskimäärin 24 %, kun taas ruokavalion ja liikunnan yhdistelmässä osuus on noin 11 % [7]. Äärimmäisissä tapauksissa insuliiniherkän proteiinien hajoamisen eston heikkeneminen insuliini-IGF-1-PI3K-reitin kautta voi johtaa siihen, että jopa 43 % pudotetusta painosta on rasvatonta kudosta huolimatta runsaasta proteiininsaannista ja voimaharjoittelusta [7]. Vertailun vuoksi lihavuuslääkkeillä saavutetussa painonpudotuksessa rasvattoman massan osuus voi olla 20–50 % kokonaispudotuksesta (~6 kg 12–18 kuukauden aikana) [2].

Fyysinen liike tarjoaa mekaanisen ärsykkeen, joka osittain vastustaa tätä katabolista ketjureaktiota. Ihmismalleissa, joissa äärimmäiseen lyhytkestoiseen energiavajeeseen yhdistettiin suuri liikevolyymi (kuten 35 km päivittäistä kävelyä ja käsikampiergometriaa), aktiivisesti kuormitetuissa raajoissa rasvattoman massan (FFM) menetys oli huomattavasti vähäisempää kuin kuormittamattomissa kontrolliraajoissa (57 % vähemmän menetystä jaloissa ja 29 % vähemmän harjoitetussa kädessä) [1], [9]. Tämä osoittaa, että säännöllinen lihastyö tarjoaa paikallisen suojaavan ärsykkeen lihaskatoa vastaan [1], [9].

Matalatehoinen työkuormitus ei kuitenkaan yksinään riitä ylläpitämään lihasten suorituskykyä. Vaikka sekä kestävyys- että voimaharjoittelu hillitsevät lihaskatoa painonpudotuksen aikana, vain voimaharjoittelu ylläpitää tai lisää lihasvoimaa, kun taas pelkkä ravinnon proteiini tai yleinen aktiivisuus säästää rasvatonta massaa lisäämättä voimantuottoa [8]. Voimaharjoittelua harrastavilla urheilijoilla korkeamman viikkovolyymin (≥10 sarjaa lihasryhmää kohden) ylläpitäminen progressiivisella ylikuormituksella ehkäisee rasvattoman massan menetystä, jota ilmenee alhaisemman volyymin ohjelmilla energiavajeen aikana [7].

Systeeminen palautuminen ja fyysisen aktiivisuuden paradoksi

Siinä missä vapaa-ajan fyysinen aktiivisuus (LTPA) edistää sydän- ja verisuonielimistön sekä aineenvaihdunnan palautumista, raskas työnaikainen fyysinen aktiivisuus voi heikentää systeemistä palautumista – ilmiö tunnetaan fyysisen aktiivisuuden paradoksina [10].

Tämän paradoksin mekanistinen perusta muodostuu neljästä päätekijästä: pitkittyneen ja vähäisillä lepotauoilla tehdyn työn aiheuttamasta akuutista kardiovaskulaarisesta kuormituksesta, vaskulaarisista mukautumisista kuten valtimoiden jäykistymisestä ja barorefleksiherkkyyden heikentymisestä, kohonneesta systeemisestä tulehduksesta sekä kuormituksen voimistumisesta heikon kestävyyskunnon tai psykososiaalisen stressin myötä [10]. Meta-analyysit osoittavat, että korkea OPA verrattuna matalaan liittyy miehillä 18 % suurempaan kokonaiskuolleisuuden riskiin (nousee 25 %:iin vapaa-ajan aktiivisuuden vakioinnin jälkeen) [10], ja pitkäkestoista seisomista vaativissa ammateissa sydänsairauksien riski on merkittävästi kohonnut istumatyöhön verrattuna [10]. Fyysisen työn aloilla, kuten rakennusalalla, siivouksessa ja teollisuudessa, kardiovaskulaariset riskit ovat koholla erityisesti henkilöillä, joilla on heikompi fyysinen kunto tai aiempaa sydän- ja verisuonielimistön kuormitusta [12].

Yhdistettynä kalorivajeeseen tämä työperäinen stressi muuttaa autonomista tasapainoa ja allostaattista kuormaa:

• Autonominen säätely: Korkea OPA heikentää yöllisiä sykevälivaihtelun (HRV) mittareita (kuten rMSSD ja korkeataajuuksinen teho) ja nostaa yöllistä sykettä, mikä vähentää vapaa-ajan liikunnan tavanomaisesti tarjoamia palauttavia hyötyjä [11]. Raskaan työkuormituksen ja runsaan vapaa-ajan harjoittelun yhdistäminen voi aiheuttaa autonomisen hermoston ylikuormitustilan [11], [14].
• Fysiologinen rasitus: Raskas työnaikainen aktiivisuus on positiivisesti yhteydessä korkeampaan allostaattiseen kuormaan (kardiovaskulaaristen, metabolisten ja immunologisten biomarkkereiden yhdistelmäpistemäärä) nuorilla naistyöntekijöillä, kun taas raskas vapaa-ajan liikunta laskee allostaattista kuormaa [13].
• Kardiovaskulaariset heijasteet: Kalorirajoitus vaimentaa staattiseen harjoitukseen liittyvää painevastetta heikentämällä lihaksen sympaattisen hermoston aktiivisuutta ja verenpaineen nousua säilyttäen samalla metaborefleksin toiminnan [15], samalla kun se muuttaa syke- ja verenpainevasteita lämpö- ja vuodelepokuormituksen aikana [15].
• Endokriininen rasitus: Rasvattoman massan väheneminen suuren energiavajeen aikana korreloi suoraan kortisolin ja vapaan testosteronin suhteen nousun sekä verenkierron haaraketjuisten ja välttämättömien aminohappojen laskun kanssa (r = -0,54 – -0,71) [1], [9]. Seerumin kortisolin muutokset korreloivat myös rasvattoman massan muutosten kanssa suuren energiavajeen ja tiheän harjoittelun yhdistelmissä [5].

Ravitsemukselliset vaatimukset: Proteiini ja energiavirta

Passiivisella henkilöllä tavanomaiset ravitsemussuositukset (kuten saantisuositus 0,8 g/kg/vrk tai WHO:n suositus 0,83 g/kg/vrk) pyrkivät estämään suoranaisen typen puutteen [4]. Sitä vastoin aktiiviset väestöryhmät tarvitsevat 1,2–2,0 g/kg/vrk (tai 1,4–2,0 g/kg/vrk) tukemaan lihasten uusiutumista ja kompensoimaan negatiivisen energiatasapainon katabolista vaikutusta [4].

Suuren energiavajeen tai korkean fyysisen kuormituksen aikana perinteiset proteiiniannokset (kuten 20–25 g kerta-annokset) eivät useinkaan riitä stimuloimaan lihasproteiinisynteesin signalointia tai estämään rasvattoman kudoksen menetystä [18], [22]. Tällaisessa tyhjentyneessä tilassa nautitut aminohapot ohjautuvat ensisijaisesti koko kehon energian hapetukseen ja välttämättömiin aineenvaihduntaprosesseihin luustolihasten uudelleenmuokkauksen sijaan [18], [22]. Sitä vastoin suuremmat saannit (kuten 2,4 g/kg/vrk verrattuna 1,2 g/kg/vrk noin 40 % energiavajeessa kovan harjoittelun ohessa) mahdollistavat rasvattoman massan paremman säilymisen tai kasvun sekä suuremman rasvanpolton [5]. Leusiinilla on keskeinen säätelyrooli, sillä se aktivoi mTORC1-reittiä ja vaimentaa lihaksia hajottavia MAFbx/atrogiini-1- ja MuRF-1-ligaaseja, samalla kun haaraketjuiset aminohapot toimivat hapetettavana polttoaineena luustolihaksissa energiavajeen aikana [20].

Fyysistä työtä tekevillä on myös korkeampi kokonaisenergiankulutus (TDEE), mikä asettaa heidät suuremman "energiavirran" tilaan (suuri energian läpivirtaus) passiivisiin yksilöihin verrattuna [23], [24]. Suuri energiavirta nostaa lepoaineenvaihduntaa ja parantaa ruokahalun säätelyä lisäämällä koettua kylläisyyttä päivän mittaan sekä vähentämällä iltanälkää verrattuna alhaisen energiavirran passiiviseen tilaan [23], [24]. Kuitenkin jos ravinnon proteiinin ja hiilihydraattien kokonaissaanti on riittämätöntä, tämä korkea läpivirtaus kiihdyttää lihaskataboliaa, kuten on havaittu tilanteissa, joissa pelkkä proteiini ei riitä ylläpitämään voimantuottoa ja hormonitasapainoa raskaassa energiavajeessa ilman riittävää hiilihydraattia [1], [9]. Lisäksi riittämätön uni vaimentaa lihasproteiinisynteesin reittejä ja kiihdyttää hajotusreittejä, mikä korostaa ennen nukkumaanmenoa nautitun proteiinin merkitystä yön aikaisen lihasproteiinisynteesin ylläpitämisessä [19].