Aivot ja suorituskyky: Neurodopingia?

Doping on sopupelien lisäksi urheilun suurimpia ongelmia. Urheilussa liikkuu valtavat määrät rahaa ja vain voittajat muistetaan. Tämä on johtanut yhä kasvavaan doping ’ongelmaan’ . Vaikka doping-testit onneksi kehittyvät koko ajan ja monien vuosien takaisia testituloksia on ruvettu analysoimaan uudelleen, silti käryjä näyttää tulevan lähes viikottain eri lajeista. Doping näytteet otetaan usein verestä tai virtsasta. Nykytutkimus on lähestynyt suorituskykyä hieman eri suunnasta, kohdistaen intressit aivoihin. Löytyisikö täältä suurin suu siihen miksi väsymme? Seuraavissa kappaleissa käsittelen informatiivisesti aivojen vaikutusta suorituskykyyn ja ’aivodopingia’, kenties seuraavaa urheilun ongelmaa suorituskyvyn parantamisessa kielletyillä ja kyseenalaisilla keinoilla.

Urheilijat taistelevat väsymystä vastaan. Tämä korostuu erityisesti kestävyyslajeissa, missä ’hapot polttelevat’ lihaksistossa ja silti vauhdin pitäisi säilyä. Se, joka kestää uupumusta parhaiten, on usein se joka muistetaan, eli voittaja. Aiemmin väsymystä ja uupumusta on lähestytty lihaksiston ja hormonitoiminnan suunnalta. On puhuttu maitohapoista tai glykogeenin loppumisesta jne. Viime vuosina huomio on kuitenkin keskitetty aivoihin. Tim Noakes toi 2000-luvun alussa esiin teorian ’central covernor system’ joka väitti väsymyksen olevan aivoista peräisin olevaa säätelyä, ikään kuin turvajärjestelmä, joka estää pääsymme liian pitkälle homeostaasista. Näin aivot suojaavat meitä aiheuttamasta vahinkoa itsellemme. Tämä tapahtuu esimeriksi vähentämällä lihasten motoristen yksiköiden rekrytointia, johtuen esimerkiksi kehomme lämpötilan noususta. Laadukkaalla harjoittelulla voimme ’siedättää’ kehoamme viemällä sitä kauemmas ja kauemmas homeostaasista. Mikä sinällään mielenkiintoista, aivot toimivat monessa tapauksessa ennaltaehkäisevästi. Kun esimerkiksi kehon lämpötila näyttää nousevan liian korkealle, aivot lähettävät viestejä ja laskevat suoritustempoa ennen kuin kehon lämpötila nousee kriittisen korkealle. Näin esimerkiksi maratonjuoksussa suorituksen tempo laskee selvästi ennen kuin lihaksen glykogeenivarastot ovat loppuneet.

Viime vuosina on tullut julki mielenkiintoisia tutkimuksia, jossa erilaisten fyysisten suoritusten aikana aivojen toimintaa on tutkittu. Esimerkiksi 75% VoMax tempolla suoritetun suorituksen aikana todettiin reaktioajan perifeeriseen näkökenttään heikentyvän. Tämän arvellaan johtuvan aivojen kyvystä keskittää resursseja uupumuksen alla. Kaikki merkityksetön jätetään huomiotta. Tämä voisi selittää myös miksi urheilusuoritusten aikana kovassa melussa urheilija kykenevät erottamaan valmentajansa äänen, kaiken muun samankaltaisen melun keskeltä. Samassa tutkimuksessa todettiin myös (jälleen kerran) aerobisen kapasiteetin merkitys. Suuremman kapasiteetin omaavilla reaktioajat eivät tippuneet. Tämä voisi selittyä esimerkiksi aivojen paremmalla hapensaannilla aerobisesti kehittyneemmillä urheilijoilla.

Pääpiirteittäin katosuttuna on olemassa kahta erilaista välinettä aivojen stimulointiin. Transkraniaalisessa stimulaatiossa (TMS) aivoihin lähetetään magneettisia pulsseja pään kautta. Pulssit tuottavat soluihin aktiopotentiaaleja.

Transkurrentti stimulaatio (tCS) jaetaan kahteen variaatioon. Transkranialiseen tasasähkövirtaan ja transkraniaaliseen vaihtovirtaan. Tasasähkövirrassa heikko sähkövirta siirtyy katodista (negatiivinen elektrodi) anodiin(positiivinen elektrodi) Vaihtovirta eroaa ainoastaan vaihtelemalla virtaa spesifillä frekvenssillä.

Mitä aivojen stimuloinnilla voidaan saavuttaa?

’Neurodopingin’ mahdolliset vaikutukset voidaan jakaa akuutteihin ja pitkäaikaisiin vasteisiin. Akuutteja vasteita tutkittaessa on huomattu selkeitä parannuksia motoristen taitojen kehityksessä kuten uupumuksen viivästymisessä, vasteajan paranemisessa ja värähtelyn estämisessä. Näiden vaikutusten on todettu kestävän 20-60 minuuttia stimulaation loppumisesta, riippuen käytetyistä parametreista. Neurodopingin toinen käyttökohde voisi olla taitojen oppiminen. Sähkövirran on todettu nopeuttavan uusien taitojen oppimista ja näiden toistamista tarkemmin uudelleen. Korkeimmalla tasolla urheilussa vaaditaan hyvää tekniikkaa ja ajoitusta, joten näiden kehittäminen nopeammin harjoituskaudella voisi parantaa suorituskykyä. On myös tutkimustuloksia, jossa eliittitason pyöräilijät saavuttivat 4% maksitehon kasvun aivojen stimulaation jälkeen. Myös toisessa tutkimuksessa saatiin samankaltaisia viitteitä kun tutkijat manipuloivat aivojen dopamiini ja serotoniini pitoisuuksia lääkkeillä. Serotoniinin osoitettiin heikentävän ns.loppukiriä ja taas dopamiinin korkeampi pitoisuus paransi kykyä pitää yllä tehoa pyöräilyn aikana. Todennäköisesti kuitenkin kaikkein korkeimman tason urheilijat hyötyvät vähiten neurodopingista.

Neurodopingin ongelmana on, että tällä hetkellä ei ole luotettavaa menetelmää jolla voitaisiin todentaa stimulaation käyttö. On olemassa menetelmiä kuten magneettinen resonanssi spektroskopia, jolla voidaan etsiä muutoksia neurotransmittereiden keskittymissä, mutta menetelmä on erittäin kallis ja se tulisi toteuttaa ennen ja jälkeen aivojen stimulaatiota, jotta sen mahdollinen käyttö tulisi ilmi. Myös aivoissa olevat normaalit variaatiot voivat sekoittaa tuloksia. Näyttäisi siltä, että neurodopingin käytön riskit ovat verrattain pieniä kun käytetään turvallisia parametreja, mutta kuka tietää kuinka suuria annoksia kokeillaan kun pyritään maksimoimaan suorituskyky.

Onko neurodoping sääntöjen vastaista ja eettisesti oikein? En tiedä. Onko neurodoping tulevaisuudessa on kuin jokin lisäravinne, jota saa käyttää vapaasti. Pysytäänkö sen käytössä turvallisilla alueilla? Jos neurodoupattu pikajuoksija reagoi nopeammin lähettäjän pistooliin, onko etulyöntiasema hänen omansa vai annetaanko krediitit stimulaattorille? Joidenkin asiantuntijoiden mukaan neurodoping parantaa henkilön piileviä kognitiivisia kykyä parantaen näin harjoitusohjelman vaikuttavuutta, mutta ei suoraan paranna suorituskykyä. Jään mielenkiinnolla seuraamaan mihin suuntaan neurodouppaus etenee.

 

Referenssit

Huang Y, Edwards M, Rounis E, Bhatia K, Rothwell J. Theta burst stimulation of the human motor cortex. Neuron. 2005;45:201-06.
3.

Teneback C, Nahas Z, Speer A, Molloy M, Stallings L, Spicer K, et al. Changes in Prefrontal Cortex and Paralimbic Activity in Depression Following Two Weeks of Daily Left Prefrontal TMS. J Neuropsychiatry Clin Neurosci. 1999;11:426-35.
4.

Stagg CJ, Nitsche MA. Physiological basis of transcranial direct current stimulation. Neuroscientist. 2011;17(1):37-53.
5. Kanai R, Chaieb L, Antal A, Walsh V, Paulus W. Frequency-Dependent Electrical Stimulation of the Visual Cortex. Curr Biol. 2008;18(23):1839-43.
6.

Kanai R, Paulus W, Walsh V. Transcranial alternating current stimulation (tACS) modulates cortical excitability as assessed by TMS-induced phosphene thresholds. Clin Neurophysiol. 2010;121:1551–4.

Cohen Kadosh R, Levy N, O’Shea J, Shea N, Savulescu J. The neuroethics of non- invasive brain stimulation. Curr Biol. 2012;22:R108–R11.
21.

Cohen Kadosh R. Using transcranial electrical stimulation to enhance cognitive functions in the typical and atypical brain. Transl Neurosci. 2013;4:1-14.

Cogiamanian F, Marceglia S, Ardolino G, Barbieri S, Priori A. Improved isometric force endurance after transcranial direct current stimulation over the human motor cortical areas. Eur J Neurosci. 2007;26(1):242-9.

Pascual-Leone A, Valls-Sole J, Wassermann E, Brasil-Neto J, Cohen L, Hallett M. Effects of focal transcranial magnetic stimulation on simple reaction time to acoustic, visual and somatosensory stimuli. Brain. 1992;115:1045-59.
11.

Axford P, Lakany H, Conway B. The effects of transcranial stimulation on enhanced physiological tremor: A pilot study. 6th UKRI PG Conference in Biomedical Engineering and Medical Physics 2011. Glasgow, UK; 2011.

Nitsche M, Paulus W. Sustained excitability elevations induced by transcranial DC motor cortex stimulation in humans. Neurol. 2001;57:1899-901.
13.

Reis J, Schambra HM, Cohen LG, Buch ER, Fritsch B, Zarahn E, et al. Noninvasive cortical stimulation enhances motor skill acquisition over multiple days through an effect on consolidation. Proc Natl Acad Sci USA. 2009;106(5):1590-5.

Fontes, E. B.; Okano, A. H.; De Guio, F.; et al. 2013 Brain activity and perceived exertion during cycling exercise: an fMRI study

Okano, A. H.; Fontes, E. B.; Montenegro, R. A.; et al. Brain stimulation modulates the autonomic nervous system, rating of perceived exertion and performance during maximal exercise Source: British Journal of Sports Medicine Published: 2013

Okano, Alexandre Hideki; Montenegro, Rafael Ayres; Cyrino, Edilson Serpeloni; et al. Source: Medicine and Science in Sports and Exercise Effects of Transcranial Direct Current Stimulation on Performance, Autonomic Nervous System, and Rating of Perceived Exertion during Incremental Exercise