Urheilun aiheuttamat fysiologiset muutokset

Säännöllinen voimakastehoinen harjoittelu saa aikaan rakenteellisia ja toiminnallisia muutoksia sydämessä. Käsite urheilijansydän tarkoittaa suuritehoisen fyysisen harjoittelun myötä syntyneitä muutoksia sydämen rakenteessa ja sähköisessä toiminnassa. Monet muutokset ovat tavanomaisten tulkintakriteerien mukaan poikkeavia ja siis elimelliseen vikaan tai sairauteen viittaavia. Kyseessä on kuitenkin elimistön normaali, fysiologinen mukautuminen tilanteeseen.

Urheilijansydämessä voidaan erotella rakenteellinen ja sähköinen uudelleen muovautumista eli remodellaatio. Ennen aiheen tarkempaa käsittelyä paneudutaan liikunnan hyötyihin yleisellä tasolla.

Liikunnan terveyshyödyt

Säännöllinen, kohtuukuormitteinen kestävyysliikunta vaikuttaa monella tapaa suotuisasti elimistöön. Liikuntasuosituksissa terveysliikunnan käsitteenä on reipas kävely vähintään 150 minuuttia viikossa (esimerkiksi 30 minuuttia kerralla viitenä päivänä viikossa), tai raskas liikunta, kuten juoksu, 75 minuuttia viikossa.

Liikunta-aiheisessa Käypä hoito -suosituksessa todetaan myös, että vähimmäissuosituksen ylittävällä liikunnalla on mahdollista lisätä saavutettavia terveyshyötyjä. Kestävyysliikunnan lisäksi suositellaan kohtuukuormitteista lihasvoimaa ja -kestävyyttä ylläpitävää tai lisäävää liikuntaa vähintään kahtena päivänä viikoittain. On itsestään selvää, että valtaosa urheilijoista pääsee kevyesti näihin tavoitteisiin.

Kestävyysharjoittelun vaikutukset

Tutkimusten mukaan liikunta laskee verenpainetta, vaikuttaa suotuisasti veren rasva-arvoihin, sokeritasapainoon ja elimistön tulehdustilaan sekä auttaa painonhallinnassa. Nämä kaikki muutokset parantavat sekä terveydentilaa että ennustetta. Liikunnasta saatavat terveydelliset hyödyt ylittävät selkeästi mahdolliset haittavaikutukset.

Tutkimusten mukaan liikunta ja hyvä fyysinen suorituskyky vähentävät kuolleisuutta sydän- ja verisuonitauteihin: sydänkuoleman riski on aktiivisesti liikuntaa harrastavilla ja hyväkuntoisilla 20–35 % pienempi kuin vähän liikkuvilla tai huonokuntoisilla.

Kestävyysurheilu lisää luustolihasten verenkiertoa, voimaa ja aerobista energiantuotantoa sekä parantaa verenkiertoelimistön suorituskykyä. Harjoittelun seurauksena syke ja verenpaine nousevat hitaammin kuin muuten. Liikunta vaikuttaa veren hyytymisjärjestelmään vähentämällä verihiutaleiden takertumistaipumusta ja pienentämällä hyytymien syntyä edistävän fibrinogeenin määrää.

Valtimoiden sisäkerroksen, endoteelin, toimintahäiriöllä on keskeinen merkitys sepelvaltimotaudin synnyssä. Liikunta parantaa endoteelin toimintaa, minkä seurauksena verenpaine laskee ja verenvirtaus elimistössä tehostuu. Sepelvaltimoiden pienissä päätehaaroissa virtausvastus pienenee ja se vuorostaan parantaa sepelvaltimoiden veren virtausta.

Autonominen hermosto

Sympaattinen ja parasympaattinen hermosto muodostavat elimistön autonomisen eli tahdosta riippumattoman hermoston, joka on tärkeässä roolissa sydän- ja verenkiertoelimistön toiminnan säätelyssä. Sen lisäksi sydämessä on runsas oma hermostollinen järjestelmänsä, jota tunnetaan huonommin.

Sympaattisen hermoston vaikutuksen voimistuessa verenpaine, syke ja hengitystiheys nousevat ja suorituskyky paranee. Tätä tarvitaan urheilijan harjoitusjaksojen ja kilpailusuoritusten aikana. Parasympaattinen hermosto tulee vallitsevaksi, kun on tarvetta rauhoittaa elimistön toimintoja. Parasympaattisen hermoston vaikutuksen ansiosta syketaso ja hengitystiheys laskevat. Voidaan myös todeta sydämen lyöntien välien vaihtelun voimistumista. Sykevaihtelu siis kasvaa parasympaattisen hermoston vaikutuksen alla.

Syketason säätely ihmisellä

Sydämen oma ”tahdistin”, sinussolmuke, sijaitsee sydämen oikeassa eteisessä. Jokaisen sydämenlyönnin käynnistyminen tapahtuu sinussolmukkeen sähköisen herätteen kautta. Sinussolmuke on voimakkaasti riippuvainen autonomisen hermoston toiminnasta. Levossa parasympaattisen hermoston jarruttamana sydämen syketaajuus pysyy pienenä, yleensä välillä 50–70/min. Fyysisen rasituksen aikana parasympaattinen jarrutus vähenee. Sympaattisen hermoston vaikutus tulee osin esiin lisämunuaishormonien noradrenaliinin ja adrenaliinin vaikutuksena sydänsoluissa. Erityisesti jalkojen lihastyö saa aikaan laskimoveren paluun lisääntymisen, mikä kiihdyttää verenkiertokeskusta ja nostaa sykettä.

Leposyke vaihtelee hengityksen tahdissa suhteessa sydämeen palaavan veren määrään. Tämä tarkoittaa sitä, että aikaero sydämen lyöntien välillä ei ole levossakaan vakio, vaan siinä tapahtuu pientä vaihtelua. Tämä ns. sinusarytmia ei ole helposti havaittavissa pulssia tunnustelemalla, mutta lapsilla ja nuorilla sen voi hyvin todeta sydänfilmistä (EKG). Ilmiön nimessä oleva ”arytmia” tarkoittaa rytmihäiriötä, mutta tässä on kyse normaalista ilmiöstä. Sinussolmukkeeseen välittämä sykevälien vaihtelu vaimenee iän myötä.

Autonomisen hermoston muutokset urheilijalla

Kestävyysharjoittelu muuttaa autonomisen hermoston tasapainoa niin, että parasympaattisen hermoston aktiivisuus lisääntyy. Tämä estää sympaattisen hermoston yliaktiivisuutta, mikä vähentää stressihormonin eritystä.

Parasympaattisen hermoston vaikutuksen voimistuminen näkyy selvimmin kestävyyslajien urheilijoilla sekä urheilijoilla, joiden harjoittelu pitää sisällään runsasta kestävyysharjoittelua. Vaikutus näkyy leposykkeen laskuna. Syke voi levossa olla alle 40/min. Ilmiön voimakkuus kuitenkin vaihtelee eri yksilöillä: kaikilla ei nähdä voimasta hidaslyöntisyyttä.

Leposykkeen laskun myötä urheilija saa usein ”diagnoosin” EKG-käyräänsä. EKG-laitteissa on automaattinen analyysiohjelma, joka tuottaa mittaustuloksia ja diagnoosiehdotuksia EKG-käyrään. Syke on yksi näistä ilmoitetuista mittausarvoista. Laitteen analyysialgoritmiin on asetettu normaalin sykkeen alarajaksi 60/min (joissakin laitteissa 50/min). Sen takia urheilija saa usein diagnoosin ”sinusbradykardia” EKG-käyräänsä. Kyseessä on sydämen normaali rytmi, sinusrytmi, jossa syketaso on matala.

Kestävyysharjoittelu voimistaa edellä mainittua sydämen lyöntivälien vaihtelua. Tätä pidetään suotuisana vaikutuksena. Jatkuva pienentynyt lyöntivälien vaihtelu viittaa sympaattisen hermoston vaikutukseen, mikä esim. sydänpotilailla voi huonontaa ennustetta. Sykevälin vaihteluun on kehitetty erityyppisiä tutkimusmenetelmiä, myös mobiilisovelluksia (mobiiliterveyssovellus; mHealth application). Menetelmän merkityksestä urheilijan suorituskyvyn seurannassa kiistellään.

Parasympaattisen hermoston voimakas vaikutus lepotilassa näkyy urheilijalla myös eteisten ja kammioiden välisen sähköisen johtumisen hidastumisena. Eteisten ja kammioiden välinen sähköinen johtuminen kulkee eteiskammiosolmukkeen läpi, ja tämä rakenne on autonomisen hermoston säätelemä. Eteisten ja kammioiden välistä johtumista voidaan arvioida sydänfilmissä PQ-ajalla (käytetään myös nimitystä PR-aika). Erityisesti yöaikaan voidaan nähdä lievä pidentyminen PQ-ajassa merkkinä eteisten ja kammioiden välisen johtumisen lievänä hidastumisena. Urheilijalla ilmiö on voimakkaampaa, ja EKG-käyrään voi tulla diagnoosi ”First degree AV block”, eli ensimmäisen asteen eteiskammiokatkos. Urheilijalla kyse on normaalista ilmiöstä.

On tärkeää erottaa urheilun aiheuttamat muutokset sydämen autonomisen hermoston säätelyssä erilaisista sydänvioista. Tämä onnistuu kuormittamalla sydäntä. Urheilijalla syke nousee hyvin rasituksessa, PQ-aika lyhenee ja sykevälien vaihtelu pienenee. Tämän näkee parhaiten rasituskokeessa tai sydänfilmin pitkäaikaisrekisteröinnissä (Holter-tutkimus). Sydämen johtoratavioissa poikkeavat muutokset saattavat korostua rasitustilanteessa.

Sydämen toiminta pumppuna

Sydän on lihaspumppu, joka supistuu noin 100 000 kertaa vuorokaudessa ja pumppaa samassa ajassa keskimäärin 10 000 kg verta. Sydämen minuutin aikana pumppaama verimäärä, minuuttitilavuus, on sykkeen ja iskutilavuuden (sydämen yhdellä supistuksella pumppaama verimäärä) tulo. Levossa syketason ollessa noin 50/min hyväkuntoisen nuoren henkilön iskutilavuus on noin 100 ml, jolloin minuuttitilavuus on noin 5 litraa. Kovassa rasituksessa, syketaajuuden kasvaessa jopa nelinkertaiseksi, minuuttitilavuus voi kasvaa viisinkertaiseksi, eli esimerkissämme noin 25 litraan minuutissa. Kestävyysurheilijalla sydämen pumppaus tehostuu, ja huippu-urheilija pystyy lisäämään iskutilavuuttaan ja sitä kautta sydämen minuuttitilavuuttaan jopa lähelle arvoa 40 l/min.

Rasituksessa virtaus sepelvaltimoissa lisääntyy normaalihenkilöllä 3–5-kertaiseksi. Myös hapen siirtyminen verestä kudoksiin tehostuu rasituksen aikana, mikä lisää elimistön hapen-saantia.

Urheilijansydämeen liittyvät rakenteelliset muutokset

Sydämellä on hämmästyttävä kyky vastata kasvavan työmäärän muutoksiin eri tavoin. Jos ihmisellä on vaikea läppävuoto, hänen sydämensä kasvattaa kokoa, jotta se pystyy varmistamaan riittävän hapen ja ravintoaineiden kuljetuksen tärkeisiin elimiin. Tästä ilmiöstä käytetään nimitystä tilavuuskuormitus. Läppäahtauma tai jatkuvasti koholla oleva verenpaine johtaa painekuormitukseen, jossa sydämen kammion seinämäpaksuus kasvaa.

Urheilijansydämessä lisääntyneen kuormituksen aiheuttamat muutokset vaihtelevat hieman harjoittelun perusluonteen mukaan. Kestävyysharjoittelussa kehittyy tilavuuskuormitukselle ominaisia muutoksia, jolloin sydämen onteloiden tilavuuden kasvu on suhteellisesti suurempi kuin kammion seinämän paksuntuminen. Voimaharjoittelun aikaansaamat muutokset taas muistuttavat enemmän painekuormituksen seurauksia, jolloin seinämän paksuuden kasvu on suhteellisesti suurempi kuin onteloiden tilavuuden lisääntyminen.

Ei tiedetä tarkasti, missä iässä ja kuinka pitkäaikaisen ja rasittavan fyysisen harjoittelun jälkeen urheilijansydämelle tyypillisiä muutoksia alkaa kehittyä. Jo teini-ikäisillä paljon kestävyyslajeja harjoittelevilla on todettu vasemman kammion seinämän paksuuntumista.

Harjoitteluun liittyvien rakenteellisten ja toiminnallisten muutosten palautumisen aikataulu tunnetaan huonosti. On esitetty, että sekä vasemman kammion suurentunut tilavuus että seinämän paksuus pienenevät ja urheilijansydämeen liittyvät EKG-muutokset palautuvat 1–3 kuukaudessa harjoittelun lopettamisesta.

Urheilijansydän vai sydänsairaus?

Edellä kerrotusta voidaan vetää johtopäätös, että monet urheiluun liittyvät muutokset sydämen rakenteessa ja toiminnassa muistuttavat erilaisia sydänsairauksia. Niiden erottaminen toisistaan on ensiarvoisen tärkeää. Kestävyysurheilijalla sydänfilmissä on usein muutoksia, ja niiden tulkinta vaatii monesti erityisosaamista. Hyvä EKG-tulkintakaan ei aina auta erottamaan urheilijansydänmuutoksia sydänsairaudesta johtuvista muutoksista. Silloin tarvitaan muita tutkimuksia.

Sydämen rakennevian toteamisessa tai sen pois sulkemisessa on sydämen ultraäänitutkimus ensiarvoisen tärkeä. Vain harvoin tarvitaan sen lisäksi sydämen magneettitutkimusta. Rasituskoe ja Holter-tutkimus auttavat erottamaan sydämen sähköisen järjestelmän tautiepäilyn selvittämisessä. Tutkimusten määrä ja niiden valinta päätetään tapauskohtaisesti.

Teksti: Kjell Nikus, kardiologian professori (emeritus), lääketieteen tohtori, sisätautien ja kardiologian erikoislääkäri, Tays Sydänsairaala