Proprioseptiikka ja tasapaino- mitä tiedetään?

Proprioseptiiviset harjoitteet ovat olleet viime vuosina suosiossa. Harjoitteita tehdään erilaisten välineiden päällä ja kuntoutuksessa seistään bosupalloilla. Googlella löytyy valtava määrä erilaisia ’proprioseptiivisiä’ harjoitteita. Kuitenkin tasapaino- ja proprioseptiiviset harjoitteet ovat samoja kun Googlelta kysyy. Mitä on tasapaino ja mitä on proprioseptiikka. Näihin kysymyksiin yritän vastata seuraavassa kirjoituksessa.
balance_beam_sngl

Proprioseptiikan ja tasapainon määritelmä

Tasapaino on mekaaninen termi kuvaamaan objektin tilaa, kun siihen kohdistuvien voimien määrä on nolla.

Staattisessa tilanteessa objekti on tasapainossa jos paino (GOG)- ja tukipiste (BOS) ovat pystysuorassa linjassa toisiinsa nähden. Ihmisen tasapaino, jota voitaisiin paremmin kutsua asennon hallinnaksi tai ylläpitämiseksi eroaa mekaanisesta terminologiasta, sillä meillä on kyky kontrolloida painopisteen suhteellista asemaa ja paineen keskipistettä (COP). Koska painovoima haastaa asentoamme jatkuvasti on painopisteen ja paineen keskipisteen liike väistämätöntä: vaikka seisoisimmekin vain hiljaa paikallaan.

center of gravity

Ihmisen tasapaino voidaan jakaa kolmeen haasteeseen: tietyn asennon ylläpitämiseen, kahden asennon väliseen liikkeeseen ja ulkoisen häiriötekijän reagointiin. Asennon ylläpitäminen kaikissa näissä tilanteissa ei ole ainoastaan tahdonalaista vaan myös refleksiivistä liikkeen kontrollointia. Jotkut tutkijat ovatkin määritelleet ihmistasapainon älylliseksi ja refleksiiviseksi motorisen kontrollin aktiivisuudeksi. Tasapaino on tehtävä ja kuten mitä tahansa tehtävän suorittamista, voi myös tasapainoa kehittää.

Proprioseptiikka taas on aisti, kuten haju, tai maku. Se on sensorista informaatiota raajojen, vartalon ja pään asennosta ja liikkeestä. Yli sata vuotta sitten tutkija Goldscheider määritteli systemaattisesti kehomme eri segmenttien tietoisuutta ja orientaatiota, joka myöhemmin määriteltiin proprioseptiikaksi tutkija Sherringtonin toimesta. Sherringtonin mukaan proprioseptiikka on afferenttia(tuovaa) informaatiota proprioseptoreista. Proprioseptoreilla tarkoitetaan taas perifeerisiä sensorisia reseptoreita, jotka sijoittuvat proprioseptiivisille alueille, jotka sijaitsevat syvällä nivelissä ja kudoksissa. Proprioseptoreiksi luokitellaan lihassukkulat, golgin jänne-elimet sekä nivelkapseli- ja ligamenttireseptorit. Näistä septoreista tieto kulkee keskushermostoon afferentteja neuraaliväyliä pitkin luodakseen tietoisuutta raajojen, vartalon ja pään asennosta ja liikkeestä. Vaikka proprioseptiikka ei kykene suoraan vaikuttamaan liikkeeseen, on sillä tärkeä rooli tavoitteen (liike) saavuttamisessa, sillä tutkijoiden mukaan proprioseptiikan poistaminen aiheuttaa liikkeen tarkkuuden ja koordinoinnin alenemisen sekä ajoituksen muuttumisen. Proprioseptorit on myös hyvä erottaa kosketus- ja tuntoaistista, jolla tarkoitetaan afferenttia informaatiota ihon mekanoreseptoreista esimerkiksi kivusta, lämpötilasta tai liikkeestä. Vaikkakin nämä efferentit informaatiot käyttäytyvät toiminnallisesti hyvin samankaltaisesti ja ne toisinaan yhdistetäänkin virheellisesti toisiinsa.

proprioception_feedback_circle

Proprioseptiivisen harjoittelun juuret 

Fysioterapeutit ja muut kuntoutuksen ammattilaiset kuvasivat proprioseptiiviset harjoitteet yhdeksi kuntoutuksen harjoittelukonseptiksi. Tavallisia liikkeitä muokattiin lisäämällä niihin epästabiileja alustoja, jonka päällä harjoitteet suoritettiin. Näiden alustojen uskottiin luovan proprioseptiivisesti rikkaan ympäristön, joka haastaisi proprioseptorit ja keskushermoston. Tutkijat alkoivat selvittämään mistä johtuu, että esimerkiksi nilkan nivelsidevammoissa kudosten täydellisen paranemisen jälkeenkin vammautuneissa nilkoissa esiintyi toiminnallista instabiliteettia. Tutkijat huomasivat näiden henkilöiden kärsivän tasapainon puutteesta ja nilkan pyörähdyksen ei ajateltu voivan vaurioittaa keskushermostoa, näköä tai vestibulaarijärjestelmää joten jäljelle jäi hypoteesi muuttuneesta proprioseptiikasta. Tutkimuksissa kävi myös ilmi, että tasapaino paransi tasapainoa, mutta myös vähensi riskiä nilkan ‘pyörähtämiselle’ tulevaisuudessa. Näiden seikkojen vuoksi kuntoutuksen ammattilaiset saivat ajatuksen,että tasapainoharjoitteilla voitaisiin palauttaa vaurioitunut proprioseptiikka. Kuitenkin tasapainon parantumisen taustalla olevat mekanismit ovat vielä todella epäselviä.

Voiko proprioseptiikkaa parantaa?

 Proprioseptiikan kulku koostuu kolmesta neurofysiologisesta vaiheesta: mekaanisen stimuluksen hankinnasta, stimuluksen muuttamisesta neuraaliseksi signaaliksi ja signaalin kuljettamisesta keskushermostolle. Jotta proprioseptiikan parantaminen harjoittelulla voidaan todeta mahdolliseksi pitää siis tietää, että tasapainoharjoittelu voi lisätä proprioseptoreiden herkkyyttä mekaaniseen ärsykkeeseen tai lisätä neurofysiologisen signaalin muuntamisen tai kuljettamisen tehokkuutta. Tutkimusten mukaan stimuluksen muuntaminen ja kuljettaminen on harjoittelematon ominaisuus, joten jäljelle jää vaan stimuluksen hankinnan herkkyyden/tarkkuuden parantaminen ja tämäkin saattaisi koskea vain lihassukkuloita. On olemassa teorioita, joiden mukaan lihassukuloiden reaktion tarkkuus voisi parantua tehtäväkohtaisen lihassupistuksen avulla. Tämä ei kuitenkaan vielä selitetä parantunutta proprioseptiikkaa.

sc_proprioception

Proprioseptiikka on siis kuin haju- tai makuaisti. Kokki voi oppia tunnistamaan eri mausteiden makuja, muttei pysty varsinaisesti kehittämään makuaistiaan. Ainoastaan vain erottelemaan eri makuja toisistaan. Sama koskee proprioseptiikkaa. Tutkimuksissa joissa on haluttu mitata proprioseptiikan kehitymistä on käytetty testimenetelmänä tasapainotestejä. Tämä ei kuitenkaan mittaa proprioseptiikkaa vaan tasapainoa. Tällä hetkellä kenties ainoa mahdollisuus mitata proprioseptiikkaa on väline, joka liikuttaa passiivisesti esimerkiksi nilkkaasi. Henkilö on silmät sidottuna, kun henkilö tuntee liikkeen, hän painaa nappia.

Tasapaino

Tasapainoharjoitteita käytetään yleisesti kaatumisten tai loukkaantumisten ehkäisyyn. Tasapainoharjoittelun on usein ajateltu kehittävän proprioseptiikkaa, mutta ongelmana on ettei proprioseptiikka ole isoloitava ominaisuus. Tasapainon kehittyminen tasapainoharjoitteissa:esimerkiksi bosupallon päällä seisomisessa johtuu motorisesta oppimisesta: opimme seisomaan bosupallon päällä, emmekä niinkään kehitä proprioseptiikkaa. Tasapaino on siis tehtävä tai taito jota voidaan kehittää.

On olemassa kaksi erilaista näyttöön perustuvaa motorisen oppimisen teoreettista viitekehystä siitä, siitä kuinka liike tuotetaan. Motorisiin ohjelmiin perustuvista hyväksytyin on Schmidt:n GMP (generalized motor program) teoria. GMP:llä tarkoitetaan muistipohjaista motorista ohjelmointia, jossa muistiin varastoidaan tiettyjen liikkeiden ‘koodausten’ sijaan kokoelma skeemoja, joiden avulla ohjataan liikettä. Skeemoja voitaisiin kuvata esimerkiksi liike-elementeiksi, joista sitten kasataan liike. Toinen teoria on Dynaamisten systeemien teoria, joka on käytännössä vastakohta skeemateorialle. DST perustuu Bernsteinin ajatuksiin, joiden mukaan koordinoidut liikkeet edellyttävät hermoston, lihasten ja nivelten yhteistyön onnistumista. Teoria rakentuu kolmen perusperiaatteen varaan.

1) oppijan, ympäristön ja tehtävän yhteistoiminta

2) Yksilö koostuu useista monimutkaisista järjestelmistä ja yksinkertaisetkin liikkeet vaativat monia eri järjestelmiä, mutta nämä järjestelmät eivät kehity yhtäaikaa

3) Dynaamiset systeemit ovat epäjatkuvia. Uusi liikemalli syrjäyttää vanhan ja toimivan mallin, jos tehtävän vaatimukset muuttuvat.

Motorisen oppimisen teoriat eroavat selvästi toisistaan, mutta molempien ‘backupiksi’ löytyy tutkimustietoa. Näin ollen molempia tulisi kunnioittaa kun harjoitetaan tasapainoa. Harjoitteet tulisi jakaa staattisisiin ja dynaamisiin tasapainoharjoitteisiin sekä vielä jakaa tehtävien perusteella. Staattisessa tasapainoharjoittelussa tehtävänä voi olla pystyä seisomaan minuutti yhdellä alaraajalla hyvässä linjauksessa tai esimerkiksi olla kaatumatta kun vapaalla alaraajalla kurotetaan kohteisiin, jotka on sijoitettu kolmiulotteisesti. Dynaamisen tasapainoharjoitteen tavoitteena voi olla esimerkiksi juosta jokin tasapainorata läpi mahdollisimman nopeasti. Visuaalista ympäristöä voidaan manipuloida muuttamalla kohteiden paikkoja tai sensorista ympäristöä esimerkiksi liikkumalla paljain jaloin tai muuttamalla alustaa esimerkiksi hiekalle tai pehmeälle patjalle.

balance_beam_sngl

Vammojen ennaltaehkäisy ei kuitenkaan vaadi ainoastaan staattista ja dynaamista tasapainoa vaan myös tehtäväkohtaisia motorisia taitoja. Tavallisissa arjenkin askareissa tasapainon lisäksi täytyy vastata yhtäaikaa niin kognitiivisiin kuin motorisiin haasteisiin. Tästä esimerkkinä puhelimessa puhuminen kadulla, joudumme kävelemään ja puhumaan yhtä aikaa. Näitä haasteita kutsutaan nimellä kaksoistehtävä (dual task). Kaksoistehtäviin liittyy karkeasti katsottuna kaksi koulukuntaa. Toisen mukaan kaksoistehtävät kehittyvät kun toinen tehtävistä (tehtävä 1) opitaan hallitsemaan, se automatisoituu ja näin ollen toinen kaksoistehtävän vaativuus keskushermostolle on alhaisempi kun resursseja vapautuu toiselle tehtävälle (tehtävä 2). Tämän koulukunnan mukaan tehtävät ovat siis erillisiä komponentteja, jotka yhdistetään. Toisen koulukunnan mukaan harjoittelun seurauksena keskushermosto integroi kaksi tehtävää yhteen muodostaen siitä yhden haasteen. Tämä auttaa keskushermostoa selviytymään, koska tehtävät, jotka aiemmin tunnistettiin kaksoistehtäviksi muuttuivatkin vain yksittäiseksi tehtäväksi.

BalanceExer3

Silsupadolin tutkimuksessa yhdistettiin molemmat koulukunnat ja ja luotiin kaksoistehtävällinen taspainoharjoittelumenetelmä, jonka harjoitusvaikutus siirtyisi arkiaskareisiin. He vertasivat kolmea erilaista tasapainoharjoittelumenetelmää: yksöistehtävää, yhdistettyä tasapaino- ja kognitiivisharjoittelua pysyvällä tavoitteella sekä muuttuvilla tavoitteilla.

Ensimmäisessä ryhmässä harjoittelu sisälsi kehon stabiliteettiä (esim paikallaan seisomista silmät suljettuna), kehon stabiliteettia + manipulaatiota (esim seisomista ja vesilasin pitämistä kädessä), siirtymistä (takaperin kävellen, sivuttain jne) siirtymistä+manipulaatiota (liikkumista + esim pallon pomputtelua)

Toiseen ja kolmannen ryhmän harjoitteluun lisättiin ensimmäisen ryhmän haasteiden päälle kognitiivisia tehtäviä, esimerkiksi yksinkertaisia laskutoimituksia tavutuksia väärinpäin jne. Toisessa ryhmässä ohjeistus kehotti keskittymään tasapainoon ja kognitiivisiin tehtäviin yhtäaikaa, kun taas kolmannessa ryhmässä kehotettiin keskittymään harjoituksen ensimmäisen puoliskon aikana enemmän tasapainotehtäviin ja jälkimmäisellä puoliskolla kognitiivisiin tehtäviin. Neljän viikon ja 12 45minuutin harjoituksen jälkeen mitattiin kehittymistätehtävällä johon yhdistettiin tasapainoharjoitteita ja kognitiivisia tehtäviä, joita ei oltu tehty neljän viikon intervention aikana. Tulokset olivat mielenkiintoisia. Ainoastaan ryhmä kolmen edustaja kehittyi ja kehitys näkyi vielä kolmen kuukauden jälkeenkin. Tämän tutkimuksen mukaan siis samanaikainen tasapainoharjoittelu yhdistettynä kognitiivisiin haasteisiin tuottaa parhaat tulokset kun henkilö ohjeistetaan keskittymään ensimmäisen harjoittelupuoliskon tasapainoon ja toisen puoliskon kognitiivisiin harjoitteisiin.

Loppusanat

Aihe oli kohtuullisen hankala, mutta toivottavasti ainakin osa lukijoista ymmärsi mitä kirjoitin. Proprioseptiikka on siis aisti, jota ei voida nykytietämyksen perusteella kehittää. Nilkan pyörähdyksen seurauksena vaurioituneet reseptorit eivät siis todennäköisesti palaudu seisomalla bosupallon päällä tai terveen urheilijan proprioseptorit eivät kehity. Tasapainoa sitä vastoin voidaan kehittää, kuin mitä tahansa taitoa. Tasapainoharjoittelun tulisi olla moniulotteista, staattista, dynaamista ja ympäristöä tulisi manipuloida monin eri tavoin, eri alustoilla, eri asennoissa, silmät kiinni, reaktiotehtävillä jen. Tämä vaatii valmentajalta kekseliäisyyttä. Todennäköisesti nämä harjoitteet on syytä suorittaa lapsena ja teini-iässä, jotta myöhemmällä iällä lajiharjoitteluun voidaan keskittyä. On kuitenkin myös viitteitä, että tavallinen voimaharjoittelu lisäisi lihassukkuloiden herkkyyttä, jollon voimalla ja tasapainolla tai asennon hallinnalla olisi hyvä korrelaatio. Tästä on kuitenkin todella pitkä matka hypoteesiin, että harjoittelulla olisi mahdollista kehittää reaktiivista vastetta haastaviin, todella lyhyellä aikavälillä tapahtuviin tilanteisiin, jossa nilkatkin usein pyörähtävät. Näyttää siltä, että ainoastaan hitaissa tilanteissa tapahtuvia vammoja on mahdollista ehkäistä, sillä esimerkiksi nilkan inversioliike voi saavuttaa 17 astetta 40 millisekunnissa, eikä edes nopein refleksi kykene reagoimaan tähän.

Kuntoutuksessakin käytettävät bosupallot ym ‘tasapainovälineet’ eivät välttämättä myöskään ole kovin merkityksellisiä, esimerkiksi nilkkavammojen kuntoutuksessa. Kun nilkka pyörähti, liikkuiko maa jalkojen alla ja nilkka pääsi pyörähtämään? Tuskin. Jos kuntoutuksen ainoa väline, jonka päällä harjoitteita tehdään ja urheilijaa kuntoutetaan pelikentälle on esimerkiksi juuri bosupallo ja kun jokin liike onnistuu pallon päällä niin urheilija on valmis pelikentälle on kuntoutus mielestäni ollut hieman köyhä.

Kaksi sanaa: lajinomaisuus.

Referenssit 

Daehan Kim, Guido Van Ryssegem, and Junggi Hong. Overcoming the Myth of Proprioceptive Training. 2011

Patima Silsupadol, Ka-Chun Siu, Anne Shumway-Cook and Marjorie H Woollacott Training of Balance Under Single- and Dual-Task Conditions in Older Adults With Balance Impairment. 2006.

James A. Ashton-Miller Edward M. Wojtys Laura J. Huston
Donna Fry-Welch. Can proprioception really be improved by exercises? 2001.

Strengthcoach podcast.com Jakso 134&136.

Bullock-Saxton JE 1995 Sensory changes associated with severe ankle sprain

Bernier JN, Perrin DH 1998 Effect of coordination training on proprioception of the functionally unstable ankle.

Ashton-Miller JA, Ottaviani RA, Hutchinson C, Wojtys EM 1996 What best protects the inverted weight- bearing ankle against further inversion? Evertor muscle strength com- pares favorably with shoe height, athletic tape and three orthoses

Dufek JS, Bates BT 1991 Biome- chanical factors associated with injury during landing during sports.

Milia M, Siskosky MJ, Wang Y-X,

Boylan JP, Wojtys EM, Ashton-Miller JA (1998) The role of the ankle evertor muscles in preventing inversion during a one-footed landing on a hard surface: an experimental study in healthy young males.