Physiology of Cross-Country Skiing

H-C Holmberg:
Avhandling i medicinsk vetenskap  "Physiology of Cross-Country Skiing - with special emphasis on the role of the upper body"

Disputation fredag den 16 september 2005 kl. 13.00 Aulan, Idrottshögskolan i Stockholm.

Opponent: Niels H. Secher, professor, Rigshospitalet Köpenhamns Universitet, Danmark.
Handledare: Björn Ekblom (GIH) och Johnny E. Nilsson (GIH)

Sammanfattning på svenska  

Längdskidåkning har haft en betydelsefull roll i Norden sedan urminnes tider som fortskaffningsmedel vintertid. Den första äldsta hittills kända historiska referensen återfinns i den norska byn Rødøy och är daterad till ca 2000 år före Kristi födelse. I våra dagar är längdskidåkning en populär motionsform och en väl utvecklad tävlingssport.

Längdskidåkning har under en stor del av det senaste århundradet intresserat svenska arbetsfysiologer och idrottsforskare. Förklaringarna till detta är flera. Längdskidåkare har en extremt hög fysisk arbetsförmåga och längdskidåkning anses av många som en av de mest krävande uthållighetsidrotterna. Arbetsformerna är av speciellt intresse för forskare då man i längdskidåkning använder både armar och ben och för att arbetet i fält ofta utförs under påfrestande yttre förhållanden.

Längdskidåkare har därför varit väl lämpade och eftertraktade försökspersoner för att studera centrala allmänna fysiologiska frågeställningar såsom t.ex. hur blodflödet regleras vid fysiskt arbete, vilka faktorer som är de mest begränsande för maximal syreupptagning, om arm- och benmuskulatur är lika väl utvecklade för arbete och hur dessa bäst kan tränas. Möjligheterna att i laboratoriemiljö använda imitationer av de skidtekniker som längdskidåkare använder i fält har först de senaste åren varit möjligt i och med utvecklingen av speciella rullband för rullskidåkning inomhus.

I denna avhandling har ett medvetet val varit att använda ett stort antal analysmetoder som idag finns att tillgå för att, om möjligt, ge en mer ingående analys av några av de arbetsformer som används i längdskidåkning. Avhandlingen omfattar såväl biomekanik som lung-, cirkulations-, och muskelfysiologi med speciellt fokus på arbetet med överkroppen.

Studie I-III

Den inledande biomekaniska studien ”Biomechanical Analysis of Double Poling in Cross-Country Skiing” (studie I), är en beskrivning av hur elitskidåkare utför dubbelstakning på rullskidor i tävlingsfart. För att analysera detta registrerades musklernas elektriska aktivitet via s.k. elektromyografi, ledrörelser med s.k. goniometri samt krafter via en speciellt utvecklad kraftgivare i skidstaven samt under pjäxan.

Musklerna aktiverades sekventiellt enligt ett speciellt mönster där centralt belägna muskler såsom buk- och vissa axelledsmuskler aktiveras innan armmusklerna där tricepsmuskeln avslutar rörelsen. Ett annat fynd var att den maximala kraften utvecklades när de aktiva hade den minsta ledvinkeln i armbågs-, höft-, och knäled vilket indikerar en speciell form av timing i syfte att addera kraftimpuls i stakningen. Av speciellt intresse var att de bästa längdåkarna använde sig av en specifik ”stakstrategi” som skiljde sig beträffande ett antal biomekanska parametrar gentemot den mer konventionella ”äldre” staktekniken.

I studie 2, ”Effects of 20-s and 180-s double poling interval training”, analyserades träningseffekterna av två olika intervallträningsprogram (20 s- respektive 3 min – intervaller) på en speciellt utvecklad stakergometer. Det är också en av de få studier som genomförts på vältränade individer med en arbetsform som i omfattande grad aktiverar överkroppen. Resultatet av studien visar att båda intervallformerna, 20-s såväl som 3-min intervaller, gav betydande förbättringar av stakförmågan mätt på stakergometer. Detta indikerar att intervallträning på stakergometer kan vara ett effektivt redskap för elitåkare och motionärer som vill förbättra sin stakförmåga inför vinterns tävlingar på skidor, där dubbelstakning har en avgörande betydelse för prestation.

Studie III, ”Upper body training and the triceps brachii muscle of elite cross country skiers”, redovisar effekterna av en 20 veckors lång träningsstudie med en ökad andel dubbelstakning bland elitskidåkare. Resultaten visar en betydande förbättring av prestationsförmågan på 10 km dubbelstakning. Detta åtföljdes av en ökad aktivitet av viktiga enzymer i skelettmuskeln, en viss förändring av sammansättningen av muskelproteiner samt en ökad tvärsnittsyta, faktorer betydelsefulla för produktionen av kraft. Sammantaget, indikerar resultaten i studie II och III att en viktig förutsättning för att denna anpassning i skelettmuskeln ska ske är intensitet och specificitet, exempelvis genomfört i form av intervaller eller som kontinuerligt arbete i varierad terräng.

Sammantaget visar studierna I-III att det finns en betydande potential till förbättring av prestationen kopplad till förändringar på muskelnivå, även för elitåkare.

Studie IV-V

I studierna IV och V undersöktes lungfunktionen hos längdåkare i vila samt under arbete med olika skidtekniker. De undersökta elitåkarna (6 av 7 av dessa medaljörer på VM och/eller OS) hade enbart något högre lungvolymer än otränade individer av samma storlek, ålder och kön. Dessa data stödjer att uthållighetsträning inte medför någon betydande förändring av människans lungfunktion i jämförelse med de förändringar som vanligen registreras på muskel och hjärta efter omfattande konditionsträning.

Elitåkarna bibehöll sitt gasutbyte i lungorna relativt väl under såväl submaximalt som maximalt arbete med olika skidtekniker, vilket återspeglades av att deras arteriella syremättnad inte reducerades mer än vad som i huvudsak kan anses tillskrivas en direkt påverkan på hemoglobinets disassocationskurva av bland annat pH och temperatur.

Ett annat intressant fynd var att gasutbytets effektivitet skiljde sig mellan de olika skidteknikerna med ett betydande bättre gasutbyte vid dubbelstakning, en relativt unik rörelse ur ett biomekaniskt perspektiv med 40-60 böjningar per minut av överkroppen ned till 90-100 grader i bålflexion. Bidragande faktorer till denna skillnad som diskuteras i avhandlingen är att gasutbytet visats sig vara mer effektivt i horisontell position jämfört med upprätt stående samt att flexions- och extensionsrörelsen i sig kan bidra till att underlätta in- och utandning.

Studie VI-VIII

De avslutande tre studierna (VI-VIII) avhandlar syretransport och syreupptagning som mättes via munnen och direkt i kärl via katetrar. Resultaten visar att elitskidåkare i världsklass når ca 3 % högre maximal syreupptagning vid kombinerat arm + benarbete (diagonalskidåkning) jämfört med löpning, något som förklaras av en något större ”avlastning” (extraktion) av syre i en större volym arbetande muskulatur.

Att maximal syreupptagning ändå inte stiger mer än detta indikerar att trots att man adderar muskelmassa så klarar hjärtat inte av att med sin pumpkraft försörja arbetande muskulatur med syre. I artikel VI belystes detta med data som visar att kärlens diameter reduceras vid maximalt arbete med både arm och ben för att skidåkaren därigenom ska kunna bibehålla det arteriella blodtrycket.

Flera försök har gjorts med olika mer eller mindre artificiella modeller för att beräkna hur mycket andningsmusklernas arbete kostar under intensivt arbete. I denna studie har vi försökt att beräkna syrekonsumtionen för andningsmusklerna utifrån våra cirkulatoriska data. Detta antyder att andningsmusklerna under måttligt till intensivt arbete upp till strax över 90 % av maximal syreupptagning kostar ca 5 % av den totala syreupptagningen, vilket är något lägre än vad tidigare studier visat.

Avslutningsvis, så analyseras förmågan till ”avlastning” av syre från blodet till muskulaturen i arm och ben vid olika skidtekniker. Data indikerar att armarna skulle ha en något lägre förmåga till extraktion jämfört med benen vid arbete. I avhandlingen diskuteras ett antal olika möjliga förklaringar till detta.

Sammanfattningsvis ger denna avhandling en blandning av deskriptiv information, försök till analys av vissa mekanismer samt belyser en del olösta frågor. Jag hoppas att du med denna sammanfattning på svenska har blivit så intresserad att du också fördjupar dig mer i den inledande ramberättelsen och de i avhandlingen ingående artiklarna.

Biomekanisk och fysiologisk analys är av stor betydelse för att öka förståelsen av idrott. I tillägg kan idrott även, som i detta fall, användas för att bidra med att förhoppningsvis öka förståelsen av vissa allmänfysiologiska frågor.

Om du har några frågor – hör av dig till

H.-C. Holmberg
Institutionen för Fysiologi och Farmakologi,
Karolinska Institutet i Stockholm,
Åstrandlaboratoriet och Idrottshögskolan i Stockholm
samt Sveriges Olympiska Kommitté.
hc.holmberg@sok.se

Adress till denna sida: www.gih.se/disputationHCH