Cardiorespiratory fitness and speed-agility are associated with cerebellum volume in adolescents : a cross-sectional study
| Title: | Cardiorespiratory fitness and speed-agility are associated with cerebellum volume in adolescents : a cross-sectional study |
| Author(s): | Jalanko, Petri |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences |
| Degree program: | Master's Programme in Neuroscience |
| Specialisation: | Neuroscience |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2021 |
| Abstract: |
Nuorten fyysinen kunto on heikentynyt viime vuosikymmeninä. Useat tutkimukset ovat osoittaneet fyysisen kunnon olevan positiivisesti yhteydessä aivojen kokoon, mikä on huomionarvoista, sillä aivoissa tapahtuu nuoruudessa useita merkittäviä rakenteellisia muutoksia. Huolimatta siitä, että pikkuaivot ovat tärkeässä osassa nuorten motoriikan säätelyä ja kognitiivista toimintakykyä, tiedetään pikkuaivojen ja fyysisen kunnon yhteyksistä vielä hyvin vähän. Tässä poikkileikkaustutkimuksessa tutkittiin fyysisen kunnon osatekijöiden; huippuhapenkulutuksen (VO2peak), koordinaation, nopeuden, ketteryyden, räjähtävän voiman ja yleisen neuromuskulaarisen toimintakyvyn yhteyksiä pikkuaivojen harmaan aineen sekä lobuleiden VI & VIIb ja crus I kokonaistilavuuteen nuorilla (n=40, 22 tyttöä; 18 poikaa). Koehenkilöiden V̇O2peak mitattiin suoralla maksimaalisella polkupyöräergometritestillä, alaraajojen räjähtävä voimantuottokyky vauhdittomalla pituushypyllä, nopeus ja ketteryys 10 x 5 m sukkulajuoksulla ja yläraajojen koordinaatio Box and block -testillä. Yleinen neuromuskulaarinen toimintakyky määritettiin laskemalla yhteen vauhdittoman pituushypyn, sukkulajuoksun ja Box and block -testin tulosten standardoidut z-arvot. Kehon lihasmassa ja rasvaprosentti arvioitiin bioimpedanssimittauksella ja pikkuaivojen harmaan aineen sekä lobuleiden VI & VIIb ja crus I kokonaistilavuus mitattiin magneettikuvauksella. Koehenkilöiden huippuhapenkulutus suhteutettuna kehon lihasmassaan oli negatiivisesti (β = -.045 P = .014) yhteydessä pikkuaivojen harmaan aineen kokonaistilavuuteen. Sitä vastoin räjähtävä voimantuottokyky, nopeus ja ketteryys, koordinaatio tai yleinen neuromuskulaarinen toimintakyky eivät olleet yhteydessä pikkuaivojen harmaan aineen tai lobuleiden VI & VIIb ja crus I kokonaistilavuuteen. Tytöillä heikompi sukkulajuoksutulos oli yhteydessä (β = -.363 P = .024) pienempään crus I kokonaistilavuuteen ja pojilla huippuhapenkulutus suhteutettuna kehon lihasmassaan oli negatiivisesti yhteydessä (β = -.501 P = .031) lobulin VIIb kokonaistilavuuteen. Tulokset osoittavat, että kestävyyskunto ja nopeus- ja ketteryysominaisuudet ovat nuorilla yhteydessä pikkuaivojen kokoon, ja sukupuolten välillä saattaa olla eroja. Tulokset tuovat uutta tietoa fyysisen kunnon osatekijöiden ja pikkuaivojen yhteyksistä, mutta lisää tutkimuksia tarvitaan laajemman ja yksityiskohtaisemman ymmärryksen saamiseksi.
Physical fitness has declined during the last decades in adolescents. Furthermore, several studies have found a positive association between physical fitness and brain volume in adolescents, which is noteworthy since the adolescent brain undergoes substantial changes during growth and maturation. However, despite the importance of the cerebellum on adolescents' cognition and coordination, there remains a paucity of evidence on the associations between physical fitness and cerebellum characteristics. Thus, a cross-sectional approach was used to explore the relationship of cardiorespiratory fitness (CRF), power, speed-agility, coordination and overall neuromuscular performance index (NPI) with total gray matter (GM) volume of the cerebellum as well as lobules VI & VIIb, and crus I volume in 40 (22 girls; 18 boys) adolescents. Peak oxygen uptake (V̇O2peak) was measured by the maximal ramp test on a cycle ergometer, lower limb power was determined with standing long jump (SLJ), speed-agility was assessed with the 10 x 5-m shuttle-run test, upper limb coordination was determined with the Box and Block Test (BBT) and NPI was calculated as the sum of SLJ, BBT and shuttle-run z-values. Lean mass (LM) and body fat percentage (BF%) were measured using a bioelectrical impedance analysis. Cerebellum GM volume, lobules VI & VIIb, and crus I volumes were measured by magnetic resonance imaging (MRI). Results demonstrated that V̇O2peak/LM was negatively associated (β = -.045 P= .014) with cerebellum GM volume. No statistically significant associations were found between SLJ, shuttle-run, BBT scores or NPI and cerebellum characteristics in all participants. However, a poorer shuttle-run time was associated (β = -.363 P = .024) with smaller crus I volume in girls and V̇O2peak/LM was negatively associated (β = -.501 P = .031) with lobule VIIb volume in boys. These findings suggest that, in general, CRF and speed agility are associated with cerebellum characteristics in adolescents and there may be sex differences. The results extend our knowledge of the associations between physical fitness and brain volume, but more studies should be conducted to understand the relationship further.
|
| Keyword(s): | Cardiorespiratory fitness Cerebellum Coordination Power Grey matter MRI |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Jalanko_Petri_Thesis_2021.pdf | 553.0Kb |