PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor n*orrnaimiGKNiNGMM.iMi Ansvarig utgivare Ingemar Ericson Chefredaktör Artur Forsberg Redaktionsråd Ingemar Ericson, Lars-Magnus Engström, Alf Thorstensson Centrum för Idmttsfbrskning, Box 5626, 114 86 Stockholm, tel 08-402 22 00, fax 08-2144 94 wwwjvenskidrotLse/Lii' Prenumeration Helår med fyra nummer kostar 100 kr. Insattes på postgiro 95 41 58-2 Mottagare Karolinska institutet. Ange på talongen "kst 218, proj 2150, konto 3601". Produktion MediaLaget Stockholm AB Omslagsbilder Foto: Artur Forsberg, Christer Malm, Eva Blomstrand och Mikael Svensson ISSN 1103-4629 INNEHÅLL Nr 3 * 1998 * Årgång 7 4 8 14 16 19 23 30 34 Fysiologiska institutionen och dess snart 60-åriga historia Omfattande och omväxlande Fysiologin ett outtömligt ämne Kolhydraten-idrottarens naringsvan? Förändringar av andoxidativ kapacitet vid intensiv träning Immunförsvaret mil vid fysisk akdvitet "Coddativ stress*-viktig faktor för skelettmuskulaturens anpassning? Mjölksyra och uttröttning Muskulaturens förmåga att utnyttja syre är avgörande för prestation och 38 Har muskelns enzymaktivitet någon betydelse för maximal syreupptagning? 42 Forskning om sambandet kroppsaktiviteter och hälsa 46 Studier av lokal ämnesomsättning och blodflöde i skelettmuskulalnr och fettväv 52 Effekter av fysisk akdvitet på den intracellulära signaleringen 56 Mitokondriema och träningen 61 Chisandra och fysisk prestationsförmåga 63 Kurs i arbetsfysiologi med inriktning mot idrott 64 Kurser och utbildningar vid institutionen för Fysiologi och Farmakologi 66 Doktorsavhandlingar 1941-1998 Lön för mödan m m m En oerhörd akövitet var mitt första intryck, 1 ett höm satt en basketspelare i en apparat och testade benstyrka. På en cykel svettades en brottare. På ett rullband sprang en orienterare och flåsade i ett munstycke och ytterligare en bet ihop på en bår för att inte visa sin smärta. 1 det vitkalkade taket fanns röda fläckar från Ödigare genomförda mätningar av blodflöden under maxarbeten. Själv stod jag där orolig i dörren öll Fysiologiska insötuöonen och väntade på min tur. Jag skulle springa så länge jag orkade på bandet. Det som oroade var aö det skulle tas muskelbiopsier före och efteråt. Men först blev man bedövad. Med mycket möda klarade jag det och forskarna öck sitL Vår gemensamma möda blev en vetenskaplig arökel och svensk idrott öck ökad insikt i kolhydratuppladdning. För oss studenter gav det 25 kr per biopsi. Å andra sidan var hyran for en studenöya mycket lägre i början av 70-talet. Det blev ytterligare 51 biopsier för min deL För oss studenter med intresse för träning och fysiologi var det oerhört lärorikt aö få vara försökspersoner. För egen del blev detta inledning öll det yrkesverksamma livet. Så aö säga "inifrån" lärde man sig hur försök går öll och hur en bra försöksledare ska agera. Fr^gcsöillningarna "ärvde" man. De som började jobba här öck gå den 'långa vägen". Mycket öna föredömen och inspirerande personer fanns i de etablerade fysiologerna Björn Ekblom, Bengt Salön, PO Åstrand miL Personer med en oerhörd patos for det idrottsfysiologiska. De kunde idrott och gav oss moövaöon aö göra vårt bästa. Med ena foten inom idrotten och den andra på labbet - gav de liv åt resultat och undervisning. Gästforskare bidrog med intemaöonell fläkt. »mm "Fysiologen" önns kvar, men har genom omorganisaöoner ändrat namn öll Insötuöonen för Fysiologi och Farmakologi, Karolinska insötuöonen Eö fortsaö samarbete är naturligt mellan Fysiologen och Idrottshögskolan. Forskarna svarar för delar av undervisningen. Studenterna lär och är "försökskaniner". Verksamheten rullar på. Genom åren har "Fysiologen" kommit aö betyda oerhört mycket for svensk idroö och arbetsfysiologL De grundläggande studierna har leö fram öll 43 doktorsavhandlingar. De mer öl lämpade soldierna har inneburit eö mycket stort kunskapsflöde som nåö ut via idroöslämmltildjiingar och idroöens oräkneliga tränar- och ledarutbildningar. Fysiologerna har själva bidragit med eö stort antal populärvetenskapliga böcker, aröklar, utbildningsmaterial och kurser. De 'lärjungar/' som på olika säö kommit i kontakt med insötuöonen eller fåö sin uthUdning vid GCI/GIH eller nuvarande IH, har bidragit med aö vidareutveckla idroöen från olika posiöoner. Under de senaste åren har även insööiöonen startat egna kurser. Dessa har omfaöat både hälsoinriktad xmdervisning som Öllämpad idroösfysiologi. Inom forskningsgruppen har givetvis intressena varierat. Mer grundläggande frågeställningar har därmed kunnat integreras med mer tillämpade studier och ny kunskap omgående kunnat prövas i praktiken Med öden har ny teknik och metodik möjliggjort ett djupare studium utav Lex. muskelns arbetssäö och energiomsättning. Förklaringsmekanismer för t.ex. överträning är på gång. m m m I detta nxmuner presenteras ett flertal spännande områden Som nära medarbetare är det ett mycket kärt nöje aö få ansvara för detta nummer. Tag god öd på dig kära läsare. Du får lön för mödan! / I r f u r Forsberg, Ozg/ra&zWr PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 • 1998 - t e - Fysiologiska institutionen och dess snart 60-åriga historia Den fysiologiska institutionen har snart funnits i 60 år. Det finns därför alla anledning att försöka beskriva dess historia. Även om den inte kan bli heltäckande. Och vem kan beskriva den båttre än Per-Olof Åstrandl • • • Behovet av forskning för utbildningen av gymnastiklärare framfördes redan av Gymnastiska Centralinsöööets (GCIs) grundare 1813, Per Henrik Ling. En fmmställning från GCIs direköon resulterade i en proposiöon öll 1938 års riksdag i vilken föredragande statsråd framhöll hur runt om i världen värdet av vetenskaplig forskning på den fysiska fostrans område uppmärksammats av de ansvariga myndigheterna. På den föreslagna professuren ställde han den förhoppningen aö den skulle bli av betydelse icke bloö för den vid insötutet meddelade utbildningen ubm även för vårt folks fysiska fosöran över huvud taget och för det praktiska arbetsliveL Från och med den 1 januari inräöades vid GCI en professur i "kroppsövningarnas fysiologi och hygien" med Dr. Phil. Erik HowhiiChristensen som förste innehavare (1 juli 1941). Per-Olof Åstrand Professor emeritus - fortfarande flitig besökare på institutionen Han kom från en mycket god forskningsmiljö med ett mycket brett foi-skningsområde. Han hade bl a 1939 öllsammans med Ove Hansen publicerat fem arbeten som belyste kolhydrat- och fettomsättningcn under tungt arbete och hur kost, arbetsödens längd och träningsöllsölnd påverkade de arbetande musklemas val av 'bränsle". GCI på Hamngatan Erik Howhu-Christensen möttes av mycket påvra resurser på GCI som då fanns vid Hamngatan 19. Lokaler som uöovats hade tagits i anspråk av beredskapsförband! Han har antytt aö om Danmark ej varit ockuperat av tyskarna hade han sökt sig öllbaka öll Köpenhamn! Om deöa skeö, hur skulle insötuöonen sett ut Fram öll hösten 1943 hade han viss hjälp av två danska läkare, motståndsmän som öyö öll Sverige. Två nyutexaminerade gymnastikd i rektorer anställdes som assistenter hösten 1943. Professorn hade från Köpenhamn fåö med sig en Krogh cykelergometer och gasanalysapparater som nu "saöes i arbete". Flyttning till Lidingövägen Under budgetaret 1939-40 uppdrog Kungl. Maj:t åt Byggnadsstyrelsen aö efter samråd med GCIs direktion inkomma med förslag öll nybyggnad av lokaler för insötutet. Efter många turer hade det bestämts aö det geografiska läget skulle vara ovanför Stockholms stadion. Vad gällde den fysiologiska insötuöonen var ritningarna färdiga och godkända innan Christensen tillträdde. Xterwmkrsöhnng w/bre (köa e/ifidrotfS7%an. 40-&zkfs Zöporbmg Gunder Hag# pd cyWn maf ekktroder fiff A/^rfaf smnfidigt som syreuppfa^nmgen ksWms i wtarWnmgs/w/kn. PO ^srranjybtoarÄdD. Han lyckades emelleröd få utrymme för en undertryckskammare med kapacitet aö simulera en höjd upp öll 12.000 m. Det var den första kammaren i Sverige och under en föld av år prövade flyvapnets flygande personal sina andriingsmasker i kammaren och de öck på 8.000 m "höjd" uppleva följderna av sviktande syrgastillförsel. Laborator, senare professor Wilhelm von Döbeln var huvudman för den flygmedicinska verksamheten fr.ojn, 1945 öll dess nedläggning 1979. Flytöiingen av GCI och den fysiologiska insötuööonen öll Lidingövägen 1 skedde PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor -ter Svensk Idrottsforskning nr 3 • 1998 Nya tjänster inrättas Samma år anställdes Paul Högberg, då vikarierande idrottslärare vid GCI, som assistent. Året därpå gymn.dir. Olle Ljunggren samt 1946 Sona Haage (gift Ljunggren) och undertecknad, alla tre nyexaminerade från GCI öck amanuensbefattningar. Deöa har varit eö vanligt Kkrytcringsmönster under insööiÖonens hela hisWria. Andra innehavare har rekryterats bland medicinare (Lex. Bengt Salön, Björn Ekblom, Jan Henriksson), biologer, biokemister. Anställningarna har av olika skäl varit relaövt kortvariga. För min del öll pensionsavgång 1989! En tjänst som instrumentmakare inrättades 1944, innehavare Erik Gustafsson, från 1950 Harry Hagclin, 1978 Georg Goertz. Först 1950 kunde en sekreterare anställas men de två första åren betalade Christensen lönen med det arvode han uppbar som föreståndare för GCI! På GCIs stat fanns xmder ca 10 års Öd Christensens professur som enda högre tjänst. För mig inrättades 1953 en docentur som 1965 omvandlades öll en laboratur. Tack vare anslag från försäkrinsbolaget Förenade Liv kunde Bengt Salön under en treårsperiod förordnas på en docenöir. I och med införandet av en idrottslära rlinje med obligatoriskt genomförande av specialarbeten ökade kravet på handledarresurser och ytterligare en laboratur inrättas med Bengt Salön som innehavare. Då Hohwu-Christensen pensionerades blev jag utnämnd som efterträdare. Inräöandet av universitetslckWrat vid GIH (namnbyte 1966) i biomekanik, fysiologi och senast i näringslära har givetvis påtagligt förstärkt forskrxingsresxnsema. Med ötclinflaöon blev en laborator biträdande professor och så ströks 'biträdande"! Deöa innebar aö insötuöonen efterhand hade två professorer, jag, Bengt Salön och 1979 en tredje, Björn Ekblom. Då Bengt Salön 1974 flyttade över sin verksamhet öll Köpenhamn utnämnde Karolinska Insötutet (Kl) Öll innehavare av den lediga befattningen i "fysiologi, särskilt kroppsövningarnas fysiologi" Sten Grillner som i sin forskning aldrig studerat människa men väl kaö, ösk och senare pirål. Från datum for utnämning arbetade han energiskt for aö 8 sin tjänst och ca 1/3 av insötuöonens resurser geografiskt överflyttade öll campus Kl. Han lyckades och utan aö instituöonsstyrelsen underrättats gick öyölasset i december 1986. Det tog sin Öd och ansträngning men jag lyckades få regeringen aö tvinga Kl aö inräöa en ny profesur den fick Bengt Saltin. Tyvärr bestämde han sig efter några år for att återvända öll Köpenhamn. Tjänsten är vakant och risken önns att den föisvinner. Då jag uppnådde pensionsålder hade Kl beslutat aö tjänsten ej skulle återbesättas hos oss. Återigen öck jag utbildningsdepartement och regering att "köra över" Kl. Jan Henriksson innehar nu tjänsten. långa och ödvis häföga beträffande GIHs öllhörigheL Jag framhöll i tal och skrift envist aö GIH måste arbeta för aö få fortsätta som ett ämnesinsötut och absolut ej som en linjenämnd underordnas Högskolan for lärarutbildning (HLS). Det blev HLS vilket kollegiet efterhand djupt beklagade. GIH lyckades efterhand återfå staöis som en fristäende högskola. GIH förlorade sin fysiologiska insötuöon som adminisöaövt, men ej geografiskt, blev en Kl-insööiöon. Det hade sö)ra akademiska fördelar men Kl har varit utomordenligt snålt i ölldelning av ekonomiska resurser. Forskningsinriktning Paul Högberg studerade hur olika steglängd påverkade löpekonomin och fann aö "spontan" steglängd var opömal. Min avhandling, 1952, presenterade data på 227 försökspersoFysiologen organiseras i n o m Kl ner från ålder 4 öll GCI-ålder som I och med aö universitet och hög- utsatts för submaximalt och maxiskolor fr.ojn 1 juli 1977 skulle få en mal arbete på löpande band och ny organisaöon var diskussionerna cykelergometer, mätning av lung7%fz#ore medarbetare rid znsritwöonen instru menfmakzrgHum/ Hage/in ocÄ pro/essor WiZÄeZmnon Döbe/n. Dessa konstruerade den/orsfa fesfcyWn. MuAnmo /kfruruf ukzrbeWe sedan tesfruef odiken. Foto; Sö/rb/örn Berge/t. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3» 1998 funköon m.m. Hustru Irma, utexaminerad 1948 och sedan amanuens, fortsatte med försökspersoner upp öll 65 årsåldern. Vi var de första i världen som hade både kvinnliga och manliga försökspersoner! Våra data utmynnade bl a i konstruköon av det nomogram som används för aö beräkna maximal syreupptagning från submaximalt arbetsprov. På gott och ont. von Döbeln, med hjälp av Harry Hagelin, tog fram en cykelergometer med pendelvåg. Jag hade svårt aö få Monark att tro på idén. De har inte ångrat sig. Vi startade på 1950-talet kurser i ergomeöi. von Döbeln ö)g fram den vattentank som med ölllämpning av Arkimedes princip kunde beräkna den nedsänkta försökspersonens densitet och han utarbetade en formel som gav en ganska god uppfattning om hur tyngd personen var av fettväv. Beträffande vatten donerade Sten- berg-Flygt AB den första "swimming flume" som möjliggjorde mätning av syreupptagning, hjärtats minutvolym mm. på en "staöonär" simmare. Den installerades 1968 i den nya simhallen. Eö forakningstema har varit hur variaöon i kropps- och muskeltemperaöir samt olika grad av dehydrering påverkar cirkulaöon och prestaöonsförmåga. Sådana fiägeställningar låg bakom Bengt Salöns avhandling 1964. En vidareutveckling av problemaöken togs upp av Ulf Bergh odi Eva Blomstrand i deras avhandlingar med Björn Ekblom som handledare. Hjärtats minutvolym under submaximalt och maximalt arbete med kvinnliga och manliga försökspersoner, inklusive eliödroöare har bl a bedömts med en "lar^spädningsteknik" med spektrofotometrisk registrering av en "ilsket" grön färg i artärblod efter injeköon i en ven Dessa soldier var ganska pionjärbetonade. Björn Ekbloms avhandling (1969) redovisade effekter av fysisk träning på bam och vuxna men en väsentlig del av hans forskning har berört frågeställningen om begränsande faktorer för syretransporten under tungt muskelarbete. I mitten av 1960-talet provades effekten av reinfusion av röda blodkroppar som "tappats ut" c:a en månad ödigare. Uppenbarligen var tekniken att hålla blodkropparna "friska" vid denna ödpunkt ej öllfredsställande. Samarbetet med blodgivarcentralen på Karolinska Sjukhuset fortsatte och i början av 1970-talet togs temat upp igen och nu med framgång, vetenskapligt sett. Medaljens baksida var aö bloddoping "-tekniken föddes. Som nämnts publicerade Christensen och Hansen 1939 aröklar som visade aö en "kolhydratuppladdning" före långvarigt, txmgt muskelarbete gynnade utbålligheten. Då Jonas Bergström tog fram biopsinålen som möjliggjorde uttag av små muskelbitar, bl.a. for analys av muskelns innehåll av glykogen, upprepades på GCI det danska "protokollet". Resultaten frän 1939 bekräftades. Denna biopsiteknik öppnade eö nytt forskningområde där också muskelns öberuppsäöning, kapillärförsörjning, cnzymakövitet kunde studeras, bl a i samband med träning. Här har Bengt Salön, Björn Ekblom, Jan Henriksson och deras doktorander gjort viktiga framskjutningar av forskningsfronten. Industrifysiologisk forskning Erik Hohwu-Christensen var mycket intresserad av forskning med industrifysiologisk anknytning. Somrarna 1951 och 1952 utförde en grupp från insötuöonen omfaöande studier vid Nykroppa järnverk (av äldre modell) och Hagfors järnverk (modernare anläggning) inom Uddeholm Jag blev engagerad i studier vid Marma-Långrörs AB (massaindustri) och Norrbottens järnverk. Behovet av liknande studier var mycket stort och 1954 inrättades inom insötuöonen en Industrifysiologisk avdelning med En k/ossisk WM/rdn^orberedeZserna %n/Ör Mezico-OS I96g pd 2.200 mfters Aö/d. En mycket un# oc/z /onorufe änders Gflfrderud. PJ cyke/n Bengt SaZfin. PO AsiYarufsybfoorkio. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor tor Svensk Idrottsforskning nr 3 • 1998 Nils Lundgren som föreståndare. Denna verksamhet växte dramatiskt och eö fristående Arbetsmcdicinskt insötut upprättades. 1960 invigdes "gröna baracken" där bl. a. Artur Forsberg har sin administraöva verksamhet förlagd. Idrottsfysiologisk forskning Assistenterna Gunnar Berggren, Paul Högberg och Olle Ljunggren k)g fram data av direkt idrottsligt intresse. OS i Oslo 1952 upplevdes som en katastrof for svensk längdskidåkning. Sigge Berman med ansvar för denna seköon inom Svenska Skidförbundet kontaktade Chrisiensen med bön om hjälp. Uppgiften aö ge fysiologiskt baserade råd beträffande träning, kost m. m. delegerades Öll mig. Då jag sommaren 1954 dök upp på elitens träningsläger med Mora-Nisse, Marön Matsbo, Sixten Jernberg, m. fl., m. fl., med en cykelergometer undrade många om jag trodde att jag engagerats av Svenska Cykelförbundet! ter xmder arbetet Det kan vara en sinkadus aö svenska skidåkare dominerade 504cm sbäckani VM 1962 och OS 1964, men diciplinen var hård vad gällde extra intag av kolhydrater dagarna före loppet lugnt tempo vid baninspeköonen'' och obligatoriskt intag av ghikos/vaöcndryck var 5-7 km (i OS 1964 placeringarna la, 2a och 4a). Insöhiöonen har i forskning haft samarbete med ca 35 insööiöoner i Stockholmsområdet och det intemaöonella kontaktnätet omfattar hela världen! För sådana kontakter är det av avgörande betydelse aö insööiöonens forskning har hög kvalitet. Antalet doktorander vid insötuöonen som disputerat är i nuläget 43. I och med introduktionen av muskelbiopsier och nya soldier av hur kost och glxikosöllforsel xmder arbete kunde påverka prestaöonsförmågan och genom aö resultaten publicerades på engelska blev "hemligheten" rörande den posiöva effekten av kolhydraöillförsel allmän egendom. Resultaten från 1939 publicerades på tyska i en mycket vetenskaplig och i vidare idrottskretsar okänd ödskrift. Jag är bekymrad vad gäller insötuöonens framtid. Som nämnts har Kl försökt åderlåta personal och lyckats vad gäller ekonomin. Jag har arbetat för en dubbelanknytning av våra professurer öll både Kl och Idrottshögskolan (ännu en "dum" namnändring, IH låter så ihåligt). Värdefullt stöd från RF 1965 inrättade RiksidroösfÖrbundet en forakarassistent-befattning med placering vid GCI (året därpå GIH). Det var en klar resxirsföratärkning vad gällde forskning, uöedning och Deöa var faköskt en inkörsport öll undervisning av idrottsligt intresse. möjlighet aö göra studier på elit Innehavare av tjänsten var Göran inom olika idrottsgrenar. Bl.a. ställ- Agnevik (1965-1970), Anders Lunde 1955 John Landy från Australien, din (1970-1974) och därefter Artur världsrekordinnehavare på löpning Forsberg. På iniöaöv av Bengt Salön 1.500 m, liksom svensk elit upp på gav Framöden/Trygg-Hansa eko"löpande bandet", bLa. OS-guldvin- nomiska förutsättningar för att naren på 1.500 m i London Henry publicera en skriftserie "IdrottsEriksson och dito i gång 10.000 m fysiologi". Totalt publicerades 19 John Mikaelsson upp. Det är inöes- rapporter om fysiologi m.m. inom sant att maximal syreupptagning på olika idrottsgrenar. Tyvärr har serieliten i uöiållighetsgrcnar inte mar- en upphört. kant har förbättrats sedan 1930-talet. Men så har resultaten! Tyvärr har, enligt min uppfattning, ledningen på IH, framför allt under Arne Ljungqvists öd som rekk)r inte engagerat sig öllräckligt starkt for att säkerställa insötuöonens existens. Det kan noteras aö han var en av krafterna bakom KIs beslut aö ej återbesätta min professur i arbetsfysiologi då jag nalkades pensionsålProfessurema där inrättades därför aö de var av "riksintresse" inom eö för folkhälsan viktigt ämnesområde. Forakning har visat att fysisk inakövitet är en mycket hög riskfaktor för många sjukdomar, samt för förmågan aö på äldre dagar klara sig själv. Dessa tjänster är därför synnerligen viktiga for folkhälsan. De får inte omvandlas tull forskning inom mikrobiologi, geneök och andra, i och för sig, viköga ämnesområden! Den första olympiaden på hög höjd ägde rum i Squaw Valley 1960 (ca. 1.800 m upp i luften). År 1959 gjordes fysiologiska studier xmder en ca två veckor lång acklimaöseringperiod. Hela världseliten i hasöghetsåkning på skridsko ställde upp på cykelergomefertest och de två bästa sovjetiska längd skidåkarna, Anikin och Kolsin, ville bli - och blev - testade. Utgången hade nog blivit densamma hur laget än valts men, som en kuriositet - guldmedaljösema i damemas stafeö 3 x 5 km togs ut efter test på cykelergometer Det har flera gånger nämnts aö studier visat aö uthållighet under tungt arbete i hög grad kan påvakas av kosten dagar- Simrännan med sfrdmnnande wzffen som ger mö/Zighef aff öka fiff t0rMsrekord/årf na före den maximala xrdaddningen, pd 100 m/riff. Ger mö/fighef aft samtufzgf sfudera Mde biomekanik oc/i energiomsamt av ölllnrsd av vätska och kolhydra- sdftnzng. Fofo Artur Forsberg. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor -mr* Svensk I d r o t t s f o r s k n i n g nr 3 • 1998 Omfattande och omväxlande Fysiologin ett outtömligt ämne Det medicinska ämnesområdets mest omfattande ämne är fysiologi - läran om människans funktioner. Arbetsfysiologi, som beskriver kroppens funktioner under och reaktioner på fysiskt arbete, är en del av detta och för en idrottsintresserad ett mycket spännande område. Vad bestämmer olika metabola och fysiologiska reaktioner på fysisk aktivitet? Hur påverkar klimat, olika näringsintag eller träning kroppens funktioner ? • • • Motion, som definieras som medveten fysisk aktivitet med viss avsikt - t.ex. aö öka välbeönnandet eller påverka framöda hälsa - och fysisk träning, som kan definieras som målsättningen aö öka fysiska prestaöonsförmågan, är andra intressanta angreppspunkter. Vilka hälsomässiga och andra konsekvenser önns för fysisk inakövitet respeköve regelbunden moöon ? Hur skall opömal träning läggas upp för en viss individ i en viss idroö? Genom öllfälligheternas spel kom jag in i fysiologins värld 1961 hos docent sedemera vår förste professor i arbetsfysiologi Per-Olof Åstrand. Till dags datum har detta inneburit ett mycket omväxlande, intressant arbetsliv - arbetet har blivit en hobby. Jag vill här ge några hälsoorganisaöonen - hade organiserat deöa. Eftersom ingen annan fysiolog kunde åka med kort varsel öck jag chansen Björn Ekblom Professor i fysiologi, Karolinska Institutet Verksam vid Idrottshögskolan, Stockholm -W^l - Påskön var en helt isolerad ö vid den öden - en båt per år kom dit från Chile med vissa förnödenheter. Pengar och andra världsliga öng existerade inte. Min uppgift var aö mäta maximal syreupptagning på befolkningen. Jag öck 178 män och kvinnor i olika åldrar, varav 149 st över 14 år (motPåskön svarande c:a 25% av vuxna befolkEfter några krminers introduktion ningen över 14 år - totala populaöopå "Fysiologen GCI", där jag fick lära nen var då 965 personer) aö köra eö mig om hur man lägger upp under- maxtest på ergometercykel och samsökningar, metodik och mycket mer, ödigt mäta syreupptagningen. blev jag hösten 1964 erbjuden att Betänk aö en testcykel måste ha följa med på en expediöon öll betraktats som en mycket märklig Påskön i Sölla Havet. WHO - världs- Öngest på Påskön där inga som helst exempel på vad detta har inneburit. Aff mzra arkfs/ysioZog är att bland anruzf srWgra^sisJbz orkfs/Örmd^gM q/kz wmkr fw^z/örW&zWen. Här mozmza/f orm pfug knarkfe g^er rWkyfnmg f WZf wfte» fiZZ kroppsfeTMperafwr 34-35 grwfgr C odi gmnffdiig k/asfning mgd hzfff Wfimzf (2). PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 » 1998 moderna apparater fanns. Förflyttningar skedde på hästrygg. maximalt arbete. Normalt är slagvolym är hos otränade män c:a 100 ml. Maximala syreupptagningen, mäö i liter per minut hos männen var klart lägre än i t.ex. Sverige (LIV-90-data) av idag, men eftersom längd och vikt var också lägre, så var "kondiöonsnivån" uttryckt som ml per kilo kroppsvikt och minut ungefär lika (1). Däremot var motsvarande siffror hos kvinnorna mycket lägre än medeltalet för svenska kvinnor av idag. Hälsoöllständet totalt seö var mycket goö (mäöes av andra forskargrupper), enligt min bedömning beroende bland annat på en helt rjekymmclscfri öllvaro och en kost, som mestadels bestod av grönsaker ochlammköö. Många kolleger menade då - och en och annan gör faköskt fortfarande det - aö hjärtat inte hinner med att ÖSmma och fylla på så stora volymer blod, när irjärtfrekvensen är över 150-170 slag per min. Fåglum hade över 200 slag per minut i maxpuls. Detta öilsammans med en slagvolym på över 200 ml så pumpade hans ena hjärthalva ut över 40 liter blod per minut under maximalt arbete (4). Eftersom andra hjärthalvan gör Öka dant så pumpar välhänades av "Fåglums" kaliber hjärta ut över 80 liter blod per minut under maximalt arbete. Träning och central cirkulation Vid samma öd hade jag börjat studera effekten av fysisk träning på central cirkulaöon. Många är de GCI-studerande och nära vänner i vilka jag stoppat in artär- och venkatetrar och mäö hjärtats minutvolym under arbete före och efter en träningsperiod. Gösta "Fåglum" Pettersson och andra välkända eliödroöare ställde också välvilligt upp. I avhandlingen 1969 (3) kunde jag tydligt visa aö den helt avgörande skillnaden mellan dem, som hade extrem hög syreupptagning och de som "bara" var vältränade, var slagvolymens storlek (slagvolym = hur mycket blod som hjärtat pumpar ut per hjärtslag). Syreuöiyöjandet under maximalt arbete var i princip detsamma hos de olika grupperna "tränade" liksom maximal puls. Däremot berodde skillnaden mellan helt otränade och gruppen "tränade" öll vis del också på aö de senare hade en större arterio-venös syrgasdifferens under maximalt arbete, dvs träning innebär aö man utnyöjar det från hjärtat erbjudna syrgasen i blodet bättre. Slutsatsen av detta var aö den sö)ra ökningen i maximal syreupptagning, som en otränad person får, när han/hon börjar träna, beror både på eö bättre syrgasuöxyttjande (man "dirigerar blodet bättre mot arbetande muskler, där det också utnyttjas bäöre) och eö effektivare hjäitarbete (slagvolymen ökar). Soldierna visade också aö Fåglum och andra mycket vältränade kondiöonsidroöare har en maximal slagvolym på 200 ml eller mer under Detta förvånar många - hur klarar hjärtat det ? Bortseö från aö vi verkligen har mäö att de mycket vältränade hade maximal slagvolym vid maximal hjärtfrekvens, så kom förklaringen c:a 20 år senare. Det är inte helt läö aö enkelt förklara de mycket komplicerade förhållanden, som råder vid hjärtats arbete under maximalt arbete. Men om man tänker sig aö blodet i blodkärlen i vila men framfor allt under arbete ständigt befinner sig i rörelse "framåt", så fungerar hjärtat som en modem årkulaöonspiimp som rör sig "fram och öllbaka" i blodbanan. Hjärtat fylls därmed inte enbart passivt på med blod utan hjärtat arbetar dynamiskt i blodbanan och accelererar blodet ut i stora och lilla kretsloppet. Oavsett fysiologisk funktion är det uppenbart vikögt aö träna hjärtats slagvolym för att nå hög maximal syreupptagning och hög aerob fysisk prestaöonsförmåga. En del hävdar således aö hjärtat och dess slagvolym tränas som bäst vid en puls runt 150-170 slag per minut eftersom man därutöver inte hinner fylla på och Öknma hjärtat på blod. Därför förordar man aö träning för att öka maximal syreupptagning som bäst skall genomföras inom detta pulsområde. Jag håller inte med om deöa. Den fysiologiska argumenteringen håller inte, som framgår ovan. Dessutom är det arteriella blodtrycket i allmänhet som högst vid maximalt arbete. En kombinaöon av högt blodtryck och står slagvolym är - enligt mitt förmenande - stnrsta stimulansen för effekövt hjäitarbete. Sedan är det en annan sak aö öäning av muskulär uöxållighet möjligen skall ske på annan intensitetsnivå. Det gäller aö hålla isär kapacitets- och uöiållighetsöäning och det tycker jag nog aö de flesta också gör. När skall man träna? En annan fråga som togs upp i deöa sammanhang är: Om nu hjärtats storlek avgör slagvolymens och därmed maximala syreupptagningens storlek - när skall då "kondiöonsträning" startas ? Är möjligheten aö få eö effekövt hjärta och stor slagvolym bättre vid öäning i och omkring puberteten än senare i livet ? Frågan är i princip foröarande ännu obesvarad även om många har synpunkter och åsikter om svaret. Svårigheten med aö studera denna och liknande frågor är aö man inte kan göra vetenskapligt helt korrekta "dubbelblindstudier". Dessutom är det helt uppenbart a* effekten av kondiöonsträning beror på så många faktorer, såsom typ av öäning, när träningen sätts in men framför allt arvsmässiga forutsäöningar. Tvillingssöidier visar aö en viss mängd given öäning ger mer lika effekt hos enäggstvillingar än tvåäggstvillingar. I detta sammanhang kan man bara förfasa sig över vad genetiska manipulaöoner kan innebära. Muskelbiopsier När metoden aö ta muskelbiopsier återuppfanns på 60-talet kom den snabbt öll aibetsfysiologin. Varför blir man muskulärt trött? Finns muskulära förklaringar öll snabbhet och styrka? Vad är öäningseffekt och öäningsvärk? Vad gäller det senare så visade våra och Jan Fridens försök med excentriskt arbete aö detta kunde delvis bero på små förändringarna i musklernas Z-band. Men det var inte hela sanningen och fÖrklaringsmekanismema bakom träningsvärk är ännu inte helt utredd. Alla dessa frågor krävde prov från musklerna före, under och efter arbete. Och det har blivit ganska många - kanske uppåt 1500 - 1800 biopiser i armar och ben - under de 30 år, som jag har varit med, turligt nog utan några större problem for "de drabbade". PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 • 1998 Vi fann snabbt aö manliga uöxållighetsidrottare hade relaövt små både snabba och långsamma fibrer, men aö de senare var relaövt seö mycket fler. Styrkeidroöare hade däremot stora snabba öbrer. Och snart kom spekulaöonema igång om aö man med hjälp av muskelbiopsier på små bam skulle kunna bcdömma vilken idroö, som det lilla barnet (och föräldrarna !) skulle satsa på. Och över huvud taget fanns det ingen hejd på var metoden skulle kunna förutsäga. Nu har det inte blivit så, som hir är. Muskelbiopsier är viktiga i många analytiska sammanhang, som framgår av andra artiklar i denna ödning, men någon metod som ensam direkt förutsäger idrottslig succé är den inte. Som bäst är den, när den används for att förklara förändringar med t.ex. öäning, inaktivitet eller med olika koster. Blodvärdet Hur man än vrider och vänder på alla faktorer, som har betydelse for en hög aerob prestaöonsförmåga och goö hälsoöllständ, så kommer man man allöd fram öll aö en hög maximal syreupptagning och väl fungerande cirkulaöonssystem är av mycket ster betydelse. Därför har det allöd varit av inöesse aö söidera hur cirkulaöonen påverkas av förändringar i blodets innehåll av syre och andra faktorer. sedan dess. Att bloddopa sig innebär aö man i allmänhet måste ha hjälp av kunnig medicinsk personal. Man kan givetvis hoppas på aö de flesta doktorer avhåller sig från sådan idrottslig fusk, men uppenbarligen är det inte så. Eftersom det inte önns någon bra dopingtest for aö avslöja denna typ av bloddoping, så är det tyvärr så aö deöa fusk har förekommit i alla möjliga sammanhang - en del är därtill bekräftade. Nuvarande försök att begränsa Senare försök har veriöerat resulta- användandet genom att ha eö högtet från dessa studier och dessutom sta blodvärde (hcmoglobinkoncenvisat att den ökade maximala traöon), som någon rar ha före en syreupptagningen också används i tävling, innebär bara aö de som norarbetande muskulatur, eftersom löp- malt har eö relaövt lågt blodvärde öder på bana och terräng förbättras har större möjlighet aö öka sin maxmed förhöjt blodvärde och därmed imala syreupptagning, än den som normalt har högre värde. Om man förhöjd maximal syreupptagning. nu vill fxiska! nen av de röda blodkropparna blir högre efter än före experimentet. Före försöket var jag och mina kolleger mycket osäkra på om deöa skulle innebära aö blodet efter återinfussionen blev för trögflytande. Blodtrycket skulle därför kunna söga och därmed dämpa cirkulaöonen under maximalt arbete. Maximal syreupptagning skulle då inte nå värdet före experimentet. Så blev det dock inte - se bild nedan. Konsekvenser Erythropoietin (EPO) Det var Svenska Dagbladet som först publicerade våra data. Det dröjde inte många limmar förrän jag öck påringningar från olika håll. Jag kommer ihåg några av de första frågorna: "Fungerar detta på hästar?" "Finns det något dopingtest?", "Kan man använda vilket blod som "Bloddopingen" har varit aktuellt Bloddopingdiskussionen blev aktuell igen 1989, när överläkaren och nuvarande chefsläkaren för Sveriges Olympiska idrottsö-upper - Bosse Berglund vid Karolinska Sjukhuset och jag öck möjligheten aö prova effekterna av eryttxropoieön (EPO) på maximal syreupptagning, fysisk prestaöonsförmåga mm (6). EPO är en delfaktor i kroppen som sömule- minutes . Blood loss MAXIMAL WORK TIME Ih Eliödrottare har inte högre blodvärde (hemoglobinkoncenöaöon) än otränade. Därför har många sagt - och en del säger det fortfarande aö variaöoner i blodvärdet inom normala gränser inte påverkar prestaöonsförmågan. Inget kan vara mera felaktigt. I slutet av 1960-talet genomförde jag mina första försök - och fler skulle det bli - med aö ta ut blod och efter en Öd återinfundera blodkropparna lite senare. På den Öden kunde man inte spara blod i frysen längre än c:a en månad. Numera kan man spara blodet djupfryst under mycket långa öder, vilket är bra ur allmänmedicinsk synpunkt men bekymmersamt för idrotten (dopingproblemet). Den mängd blod som tas ut, ersätts inom några veckor genom aö den normala produktionen av röda blodkroppar ökar något, varför hemoglobinkoncenöaöonen efter infusio- Reinfusion MAXIMAL OXYGEN UPTAKE 0 2 4 6 8 10121416 1820222426283032343638 46 AiazirW syrewpp&zgnmg ocÄ tid tiff ufiMaftnmg pd ef t sfondardzsgraf iTiazfgf/arg oc/z g/f er bfodoDföppning ocn/brg oc» g/f gr rgiri/iwsiorz (m bW (5). PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr3D1998 rar öll blodbildrxing. studierna på våra relativt vältränade försöksper sonervisade att efter någraveekors behandling(injektxonex^ med l^PO ökade hemoglobinväxdet oeh paral lellt stegoekså maximal syreupptagning och prestationsförmågan. l^ftersomx^POgenomden nyagentekniken är mycket lättillgängligt ochdessntomlättatt administrera, kom den snabbtibruk som doping medel.Vad många inte visste var att höjtblodvärde via x^PO-xnjektioner till skillnad från reinfusion av röda blodkropper ökade det arteriella blodtryeket. Detta kan möjligen vara förklarix^gen till att en del vältrana de idrottare på kontinenten oförklarligt har avlidit. 1m del av dessa har bevisligen använt l^PO. Nu fixxns en dopingmetod att avslöja l^POdoping. Professor ieif^Vide i Uppsala har en "kvalitativ" metod som avslöjar 13PO-xnjektioner men fäller inte någon oskyldiga.Jag har ingex^god förklaring till att varför lOC oeh andra internaöonalla organ inteanvänder denna metod, speciellt som man man kan använda den på urinprov. ^ärnbri^t x^ttidrottsligtproblemsom är knutet till blodet är "järnbrist" ^ t t lågt blodvärde orsakat av järnbrist minskar prestatiox^sförmågan är välkänt men om manhar normalt blodvärde menändåärtompåjärnikroppen, vad händer? ^illsaxnmansmed nuvarande överläkaren vid karolinska sjukhuset PredrikCelsingoch någrakolleger genomfördejagenrad försök, som xmdersökte den saken.len mycket krävande studie drog v i u t blod på xxio vältränade män vid flera tillfällen så att deras blodvärde (hemö globinkoneentration^ sjönk från i medeltal!^ till 105 mgper l i t e r n . Genom att hålla blodvärdet så lågt under ea nio veekor,kunde vi oekså kox^statera att deras depåer avjärn i kroppen tömdes xmder denna tid. ^ järndepåer, visade att maximal syre-upptagning och uthålligheten var dex^samma som före experimentet.Vår slutsats var således att järn brist-dvs tommajärndepåerikroppen som inte påverkade blodvärdet ^heller intepåverkadeprestationsföxmåganiuthållighetstester. Den viktig del iprestationsutveek ling och hälsa är givetvis kostex^. Frågor kring kolhydrater, proteinbehov och supplementeringar med olikakosttillskott är vardagför en arbetsfysiolog. Delar av den diskus sionenfinnspåaxxnanplatsidetta nummer a^ tidningen, men det har alltidförvånatmig att man tilltror vissa mikronutrienter i kosten såsom spårämnen sådanafantastiska uppgifter i kroppen att de är mycket betydelsefulla för prestatioxxsförmågan. egentligen är det intemycketsom talar för att s å ä r Numera finns det de som analyserar ixuxehålletavdessa mikronutrienter i bland annat hår och blodplasma oehvilldärmedpåvisa brister, som påstås ge våldsamt stora effekter på den myeket komplieeradefxxnktion som denmänskliga fysiska prestationsförmågan är.Jag står fortfarande kvar vid den gamla etablerade ståndpxxrxkten,somdenyarepåståendenännuinteharkxxnnatmotsäga i någon nämnvärd grad, nämligen att den idrottare somärienergiba lans med "normal" mat svårligen kan ha några större bristeriöllförseln av olika nödvändiga närings ämnen. ^edanärdet en annan sak att även idrottare kan lida av olika sjukdo mar, som kan påverka ämnesomsättningen i kroppen oeh därmed prestationsförmågan, l^len enligt mitt förmenande leder idrottsutö vandet som sådant inte till medicinska bristsjukdomar xmder förutsätt ningatt idrottaren äter tillräckligt myeket "normal" mat. sportdryck? Vid slutet av experimentet återin funderades så myeket röda blod kroppar att de återfick sin individuella, normala hemoglobinkoneentraöon. resultatet av testerna efter återinfusionex^ av de röda blodkropparna, när de hade normalt blodvär de men mer eller mindre tomma Vätskeförluster är denfysiologiska faktor som snabbast försämrar fysiska prestationsförmåganxxnder normala förhålkmden vid träning oeh tävling . Därför har jagalltid varit intreseradavhurdehydreringmen oeksåxehydreringmed olika typer ^ avdryeker påverkar oeh återställer prestationsförmågan. Prippskominisammanhangetpå ett tidigt stadium. Man ville som kommereiellt företag, både ha till gång till expertis på området och stödja projekt. Men detta är inte oproblematiskt för en forskare inte minst vad gäller integritet.Jag gjorde snabbt klart att jag inte ville vara medinågra som helst reklamkampanjer. Och därtill att företaget aldrig fiek påverka våra xxndersökningar eller resultat på något sätt. Oeh det har dom heller aldrig gjort. Vi mätte hxu uthållighet påverkades av vätskeförlust oehkonstaterade att redan inom en liters förlust finns klara effekter på fysiologiska oeh prestationsmässiga variabler, tillförsel av vätska förbättrade situaöonen. Men vi fann också att det fimxs storavariationerihur idrottare kan tillgodogöra sig dryek under arbete. En gåx^ig sprang jag ett maratonlopp med målsättningen aö inte dricka alls. Detgieknaturligtvxsix^te.När ^toekholms Maraton började 1979 och fram till 1997 år lopp har jag oeh mina löparkamrater mätt vätskeom sättningen.Oehdet finns verkligen stora variationer. En del kan drieka ganska myeket oeh tom med gå upp i v i k t ^ n d r a ä r s o m j a g högsvettare - som på 3-5 timmars löpning omsätter upp till ^-7 liter-oeh kan bara drieka högst^liter.^ådan vätskedefieit kan bara betyda att jag inte är skapt för maraton Men, varför är det så? ^rmag-tarmkanalen verkligen byggd förlängda riga prestationslopp av typ maraton?Mxnbedömningär^ ^.vnågon anledningar är den inte det för alla. Nu har vi några mindreprojekt på gång där vi försöker analysera dessa problem. Oeh en del nya resultat ser ganska intressantaut,men resulta tenär ännu för preliminäraföraö diskuteras här. Efter entid kornen ny idé in som gällde trötthet-den typav"mentala" trötthet,somdeflesta idrottare upplever vid långvarigt arbete. Man blir helt enkelt psykiskt trött oeh orkar inte pressa eller koneentrera sig. En orienterare tappar koneentra tionenikartkontakten med verklig heten, fotbollsspelare"gömmer sig" ochvillintehaboll,tennisspelaren PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor -i&r Svensk Idrottsforskning nr 3 o 1998 tappar koncentraöonen och "slår vilt" mm. Teorin är att deöa beror på en obalans mellan olika aminosyror i blodet Koncentraöonen av de s.k grenade aminosyrorna minskar i allmänhet relaövt Öll andra aminsyror under långödsarbete. Det leder öll förändringar i hjärnans koncentraöon av olika s.k. öansmiöorsubstanser med trötthet som följd. ner och påverkande faktorer påverkar människans hälsa i vid bemärkelse. Det ser vi dagligdags i såväl vetenskaplig liöeraöxr som dagsmeMiö intresse är givetvis aö se vad fysisk akövitet respektive fysisk inakövitet betyder för hälsan. Detta är e# mycket omfaöande ämne som kräver mycket stort utrymme och som inte kan behandlas mer än mycket ytligt här. Nu är inte all överens om denna teori. Men om de grenade aminosyrorna, som önns i den nya Prippsdrycken, minskar under långvarit arbete, så skulle tillförsel av dessa kunna motverka försämringen Och en del försök talar faköskt för det Jag är övertygad om aö i framtiden kommer man aö uöxyttja data från LIV-90 för aö se förändringar i fysisk prestaöonsförmåga i Sverige med öd. Eftersom vi inte har öllförlitliga motsvarande data från Ödigare så kan man inte säga om prestaöonsförmågan i Svensk befolkning har försämrats eller ökat under efterkrigsöden. Vårt intrycket av öllgängliga data är dock aö det önns större spndning i prestaöonsförmågan i dag än for 40-50 år sedan, medan medeltalet för bland annat maximal syreupptagning är oforän- Professor Lars-Magnus Engström och jag insåg ödigt aö om man skall kunna göra seriösa analyser över hur graden av fysisk akövitet påver- Tillämpad idrottsfysiologi kar hälsotillståndet i Sverige, är det vikögt aö karöägga svenska folkets Tillämpad fysiologi är också aö stumoöonsvanor, intresse för fysisk dera olika idrottsgrenars fysiologisVi satsade också en del på att söide- akövitet, prestaöonförmågan i olika ka och medicinska krav likväl som ra hur vätskebrist påverkade andra typer av fysiska prestaöoner och aö analysera kapacitetsprofilen hos funktioner än uöiållighet. Såviö jag andra frågor. Vi kunde genom benä- de, som är aktiva i en viss idroösvet så är vi på Fysiologen de enda gen ekonomisk hjälp av försäkrings- gren Det är en mycket gammal uppsom noggrannt har undersökt hur bolaget Folksam och öllsammans gift på "Fysiologen". Per-Olof vätskebrist påverkar teknik (preci- med Korpen och kollegerna Artur Åstrand var den första i Sverige som sion) i idrott. Dubbelblind under- Forsberg, Maria von Kock och Jan öllämpade fysiologiska metoder sökningar i tennis, golf, curling, Seger genomföra undersökningen inom idrotten på ett seriöst säö. Han sportskytte och någon ytterligare "LIV 90" (9). Eö slumpmässigt urval studerade längdskidåkning. Däridroö visade tydligt aö sportdryck av svensk befolkning 20 -65 år av efter har Bengt Salön, Göran Agneinnehållande socker var bäöre alt båda könen studerades i en rad vik, Anders Lundin och andra söimotverka försämringen i tekniki- parametrar. derat i stort de flesta idroöer på eö droö än vanligt vatten och, natureller annat sätt. ligtvis, än att inte dricka alls. Det önns ingen liknande undersökning i hela världen. En motsvarande Miö speciella inöesse xmder senare iindersökning har gjorts i England Öd har varit fotholl. Som bekant har men dess slutfas - analyseringen av bollidrottema en helt annan fysisk Varje fysiolog har säkerligen intres- olika data - kunde inte genomföras profil än de flesta uöiållighetsidrotse av aö söidera hur olika funktio- på grund av ekonomiska svårigheter. ter. I de förra utförs intermiöenta, högintensiva kortvariga fysiska aköviteter med kortare eller längre pauser av lågintensiva aktiviteter dessHEART RÅTE emellan. En elitfotbollsspelare gör uppåt 100 snabba löpningar på allt mellan någon upp öll 4-5 sekunder. Totala löpsöäckan är omkring 10 km på en svensk eliöeöwllsmatch. C:a öondelen av den sträckan genomförs i högsta eller näst högsta tempo. Därtill kommer nickningar, tacklingar och andra fysiskt ansträngande moment BLOOD LACTATE 1********1 r* * * * * * * *i 105 min Allt detta ger naturligtvis helt andra fysiologiska reaktioner än i uöiållighetsidroöer som löpning, skidåkning mm. EliÖorhollsspelare har ofta 4 upp öll 10-11 mM mjölksyra under match. Hjärtfrekvensen under matchen är i genomsniö 20-25 slag per H/grryrgkDgrig ocA Wodnz/öMsy- minut under individuellt maximum. raWf/zas g» mirt/äZtsspg/org Det är läö aö beräkna aö en manlig wndgr g» match elitfotbollsspelare gör av med c:a (jfz? 1). 1700-1800 kcal xmder en match - PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 . 1998 ^ kvmx^ligaea^O^^lägre.^ox^se kvenserna av matchen äxtömdagly kogendepåer,vissa biokemiska teek ex^ på muskelpåverkan xnxn. Så ser inte motsvarande analyser uti andra bollidrotter såsom texuus, ishochey oehx^aturligtvis inte längdskidlöpning, cykling mm. B^lla dessa registreringar visax tydligt att varje idrott är mer eller mindre xxxuk.l^ägg därtill att varje utövare av en viss idrottivissmånärunik,såfårman en mycket mångfacetterad bild av idrottexxs fysiologi. ^ndxa typer av tillämpade större eller mindre forskningsprojekt gexjomförs nästa ständigt, alltifrån att studeraeffekteravbehaxjdlingsme toder med monokromatiskt ljus (13iolight)påprestationsförmåga och metabolt svar på fysisk ansträx^g xux^g - där vi inte kxxnde verifiera någrapositivaeffekter till samarbetsprojekt inommedieixjskaforsk nixjgsoxnråden, såsom tillförsel av östrogen på benmassa hos tränande idrottskvixmor eller epidemiologiska studier av sambandet motion-hälsa. I^orsknin^-praktisk idrott Svårigheten med tillämpad idrotts forskningar just sommångahar påpekat xmder många å r - a t t över föra forskningsresultat tillpraktisk idrott. Paul Balsom och jag kom aö under några år aö närmare analysera vår stersta idroö - fotboll - i olika avseenden Han skrev sin avhandling om faktorer som har betydelse för just den idroöen (10). N u är han sedan en Öd tillbaka fysiologiskt ansvarig inom fotbollslandslaget. Jag är övertygad om aö han kommer att öllföra fotbollen ytterligare mycket i framöden Det är genom grundliga analyser med modem metodik, som jag v i l l a * vår svenska idrott skall utvecklas. Idrottare som är kunniga i en viss idroö och intresserade av vetenskap utbildas på insööjöoner, där det önns öllräcklig kunskap och "kritisk vetenskaplig massa" for att vidareutveckla idrotten Det gäller i princip alla vetenskapsgrenar naturligtvis inte enbart fysiologi. Jag kan bara hoppas aö de som bestämmer över vår idroö inser dessa basala fakta och agerar däref- Referenser 1. Ekblom, Björn och Einar Cjessing. Maximal oxygen uptake of the Easter Inland Population. 1- AppL PhysioL 25:124-129, on the oxygen transport system in manActa PhysioL Scand., Suppl. 328.1969. 4. Ekblom, Björn och Lars Hermanssen. Cardiac output in athletes. J. AppL PhysioL 25: 619-25,1968. 5. Ekblom, Björn, Artur Goldbarg och Bengt CuUbring. Response to exercise after blood loss and reinfusion. 1. AppL PhysioL 33:175180,1972. 6. Björn Ekblom och Bo Berglund. Effect of crythropoietin administrationon on maximal aerobic power in man. Scand. J. Med. Sci. Sports 1:88-93.1991 7. Leif Wldc, Christer Bengtsson, Bo Berglund och Björn Ekblom. Detectdon in blood and urinc of recombinant erythropoietin administratcd to healthy men. Med Sci Sports and Exerc 27:1569-1576,1995. 8. Predhk Celsing, Eva Blomstrand, Björn Werner, Peter Pihlstedt och Björn Ekblom. Effects of iron deflciency on endurance and muscle enzyme activity in man. Med. ScL Sports Exerc 18:156-161,1986. 9. Lars-Magnus Engström, Björn Ekblom, Artur Forsberg, Maria v Koch och Jan Seger. Livsstil - Prestation - Hälsa. LTV - 90. Motionsvanor, fysisk prestationsförmåga och hälsotillstånd bland svenska kvinnor och män i åldrarna 20-65 år. Folksam förlag. 10. Paul Balsom: "High intensity intermittent Work. Performance and metabolic responses with vcry high intensity short duration work periods. Karolinska Institutet och Idrottshögskolan i Stockholm, 1995. 2 Ulf Bcrgh odi Björn Ekblom. Physical performance and peak aerobic power at different body temperatures. J. Appl PhysioL 46: 885-889,1979. 3. Ekblom, Björn. Effect of physical training Si/rgwppfagnmg matspd A&g Sfrömmgr i pro/gtfgf " f rdn Rwndis fi/Z Suwfis", fidzgf 70-fal. Som gn r&f frdd ggriom ingrifwriongns arkfg Aar gjff MZso/r^gor, Wdg i W ##Mgr jbrsbim^oc/i wfbi/dning. fofo B Et&Zoms arA^iv. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor -ÄT Svensk Idrottsforskning nr 3 • 1998 Kolhydraten - idrottarens näringsvän? Har storleken någon betydelse? I detta fall handlar det om molekylstorleken på kolhydraten och om detta kan påverka glykogeninlagringen i muskel. Det förefaller som om större glukosmolekyl enheter som sitter ihop ger upphov till en snabbare magtömning och att detta kan öka hastigheten på glykogenåterbildningen i muskel efter arbete. • • • Inom all typ av idrott och på alla nivåer från elit öll vanlig moöonär talar man om vikten av aö få i sig öllräckligt med kolhydrater för aö orka med siö idroösutövande. Eftersom intresset är så stort hos allmänheten att snabbt få i sig kolhydrater före under och efter fysisk ansträngning finns idag många fabrikanter som producerar kolhydratdrycker och olika typer av piilver som innehåller koncentrerad form av kolhydrater. Några av många frågor som dyker upp när det gäller kolhydrater är; när är kolhydrater begränsande för idrottsutövningen, hur mycket behövs, när skall intaget ske och i vilken form? Bakgrund Människan lagrar energi i form av glykogen i framfor allt muskel och lever. Glykogen är stora grenade kedjor av glukos. Glukos är i sin huden vanligasta formen av socker som vi får i oss. Hur mycket kolhydrater önns lagrat i kroppen och var? Kolhydrater finns upplagrat i form av glykogen och då ATP som används direkt i muskeln. Normalkosten innehåller mellan 250-400 g kolhydrater/dag och vårt dagsbehov ligger mellan 50 och 100 g om man inte uönr någon krävande fysisk ansträngning. Karin Söderlund Dr med vet Institutionen för Fysiologi och Farmakologi, Karolinska Instututet samt Idrottshögskolan, Stockholm Intag före arbete framförallt i skeleömuskulaöiren, ca 460 g och i levern, ca 70 g. Mängderna varierar beroende på diet och hur fysiskt aköv man är. I vila utnyttjar muskulaöiren knappt något glykogen medan levern i huvudsak använder glykogermedbrytning både i vila och under arbete for aö reglera blodglukoskoncenöaöonen Vid fasta töms glykogenförådet i levern på ca 24 ömmar och lårmuskeln töms efter ca 2 ömmars hårt cykel arbete eller löpning. Vid en arbetsintensitet mellan 60-70 % av maximal syreupptagningsförmåga åtgår ca 2 g glukos/min (Salön&Gollnick 1988) och deöa tas från blodet. Glykogen från muskulaöiren kan inte bilda fri glukos utan bryts ner och bildar energi i form av Of#%prodwAfgr J TfWtwngrandg W/n/(frafmngWZZ.. fors&grg. Aö man kan fylla på sina kolhydratföråd utöver den normala koncembaöonen genom aö först Öknma sina depåer med hårt arbete och sedan äta kolhydratrikkost under flera dagar visades i en söidie av Bergsööm&Hulönan 1967. Detta är en metod som används av många inför exempelvis Wasaloppet och maratonlävlingar vilket naturligtvis är befogat då energiåtgången blir stor. Det man bör belänka är aö varje g glykogen även binder ca 2,7 g vatten och deöa kan bidra öll en viktökning som kanske inte allöd är posiöv för den idroösaköve. De allra flesta studier med kolhydraöaddning har gjorts på män. I en söidie av Tamopolsky et al. 1995 där kvinnor fick kolhydratladda fann man nästan ingen ökning alls i muskel glykogen! Många kvinnor uöxyöjar ju denna metod varför det är angeläget aö utföra fler soldier på kvinnor för aö undersöka om deöa verkligen är riktigt. Intag under arbete Huvudsyftet med glukosöllförsel under arbete är aö bibehålla blodsockemivån och fördröja uttrööning. Om arbetet pågår längre öd än 60 min bör man kanske öllföra kolhydrater och det opömala vore 4075 g/ömme men det är svårt särskilt under tävling (Guezennec 1995). Om arbetet är kortare än 60 min är behovet aö Öllföra exöa kolhydrater tämligen litet. Vid kortvariga maximala arbeten som upprepas under längre öd som exempelvis ishockey kan det PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 o 1998 vara lämpligt aö inta kolhydrater under arbetets gång. Intag efter arbete Hur mycket, vilken typ och när är de frågor som är intressanta. Det har visat sig att den snabbaste återbildningen av glykogen sker direkt efter avslutat arbete (Ivy et al.1988). Detta innebär aö det är mest praktiskt aö inta kolhydraöik vätska som kan finnas öllgänglig direkt. Lämplig mängd är förstas beroende på arbetets längd och intensitet men ca 100 g/Ömme kan vara ett riktmärke. Vilken typ är då bra? I en ny studie som vi gjort förefaller det som om aö storleken på glukoskedjan (antalet glukosmolekyler som siöer ihop i en kedja) kan ha betydelse. Ju större parökel ju mindre mängd vätska drar den öll sig och magens tömning går fortare vilket innebär aö tillgängligheten av glukos öll muskeln blir större. Om man intar glukos med färre antal ihopsatta glukosmolekyler blir storleken mindre och den drar öll sig mer vätska och magens tnmmningshasöghet minskar. Om man läser på innehållsdeklaraöoncn på de prodxikter som önns på marknaden och säljs som energiöllskoö står det aö de innehåller bl.a. maltodextrin och stärkelsesirap som utgör kolhydratdelen men vad är det egentligen? När man frågar får man lite osäkra svar eftersom riktigt bra deöniöoner tycks saknas. Är dyrast a l l t i d bäst? Här nedan följer en liten tabell med några vanliga livsmedel, kolhydratpulver och drycker som önns på marknaden. Man kan konstatera aö mängd kolhydrat varierar mycket mellan olika produkter. Det är därför viktigt aö först kontrollera antalet gram kolhydrater man får for pengarna och inte sörra sig blind på priset. Flera av produkterna innehåller även andra substanser såsom aminosyror, koffein och guarana vilket kan påverka priset. Det är lättast aö snabbt få i sig stora mängder kolhydrater genom aö inta det i vätskeform men det är ju inte allöd nödvändigt och då kan det vara effekövt och trevligt aö äta en god pasta med tillbehör. -)%=- Några rätta svar önns aldrig men aö en vettigt sammansatt normal kost är den bästa grunden som sedan vid behov kan förstärkas med olika kolhydraöika produkter är väl att rekommendera. Det är även vikögt aö få i sig både feö och protein- man kan inte leva på kolhydrat allena! Referenser Bergström, J och Hultman, E. Musde glykogen synthesis after exercise. An enhancing factor localized to the muscle cells in man. Nature 210: 309-310,1966. Guezennec, C-Y. Oxidation råtes, complex carbohydrates and exercise. Sports Med 19 (6): 365-372,1995. Tvy, J.L, Katz, AL, Cuder, CL, Sherman, W.M och Coyle, EP.Muscleglycogensynthesis after exercise: effect of öme of carbohydrate ingestion.). Apply. PhysioL 64(4): 1480-1485,1988. Saltin, B och Gollnick, PD. Fuel for muscular exercise: role of carbohydratc. In Exercise, Nutrition and Energy Mctabotism (eds. E5. Horton and R.L. Tcrjung). Macmillan, NewYork, 45-71,1988. Tamopolsky, M.A, Atkinson, SJ\, Phillips, S.M et al. Carbohydrate loading and metabolism during exercise in men and woman. J. Apply. Physiol. 78:1360-1368,1995. KOLHYDRATINNEHÅLL 1 OLIKA PRODUKTER Mängd kolhydrater Kostnad/100g eller 100 ml produkt Spagetti 74,4 g/100 g 1,94 kr/100 g Snabbmakaroner 71,0 g/100 g 1,86 kr/100 g Kokt potatis 20,0 g/100 g 0,50 kr/100 g Vltargo 92 g/100 g 32,00 kr/100 g Pripps Energy 2 7,0 g/100 ml 16,30 kr/100 g Magic 11 g/100 ml 6,40 kr/100 ml Battery 11,5 g/100 ml 4,85 kr/100 ml Red Bull 11,3 g/100 ml 6,40 kr/100 ml 1 LITEN ORDLISTA Stärkelse Ett mycket stort antal sammankopplade glukosmolekyler. Maltos Två ihopkopplade glukosmolekyler. Dextriner Små bitar av stärkelse som bildas vid nedbrytningen. De kan ha varierande storlek. Graden av nedbrytning mäts som dextrosekvivalenter (DE). DE=100 motsvarar fullständig nedbrytning till enskilda glukos molekyler. Maltodextrin Har ett DE värde på 2-20 vilket innebår relativt många och stora ihopsatta glukos enheter. Stärkelsesirap Har ett DE värde över 20 vilket innebår fler mindre glukosenheter. Glukos Det vanligaste sockret i vår föda. Kan även kallas dextros, druvsocker och blodsocker. Glykogen Många glukosmolekyler som sitter ihop i ett stort grenverk och år upplagsnäring i framförallt muskel och lever. Adenosintrifosfat som år den omedelbara energikällan för bl.a. muskelkontraktionen. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor ter Svensk Idrottsforskning nr 3 * 1998 Förändringar av antioxidativ kapacitet vid intensiv träning Det år väl kant att hårt ovant muskelarbete ger upphov till smärta och styvhet i aktiverad muskulatur dagen eller dagarna efter ansträngningen (Friden, 1983). I påverkade celler kan sarkomårernas z-band lösas upp, vilket gör att fästet för de kontraktila proteinerna försvinner. Skadade celler invaderas sedan av vita blodkroppar som konsumerar skadat matrial (inflammationsprocessen). • • • Tidigare undersökningar i vår grupp har visat att akut intensivt muskelarbete; där intensiteten överstiger 110% av individens maximala syreupptagningsförmåga (VO2 max)/ kan påverka muskulaturens energireserver. Således har vi funnit att nedbrytningsprodukter av högenergirikt ATP, hypoxantin och urinsyra ökar i blodplasma efter avslutat arbete (Sjödin &: HellstenWesting, 1990, se lig 1). Även om muskelcellemas koncentration av ATP obetydligt påverkas av nedbrytning vid ett akut träningspass, kan upprepade intensiva träningspass under en längre tid sänka ATP nivåerna till kritiskt låga nivåer (Hellsten, 1994) som ett resultat av den fullständiga nedbrytningen av ATP. Låga ATP nivåer innebär att energisystemen stressas ännu hårdare för att täcka de givna energibehoven vid intensiv fysisk träning. Vid motsvarande stress-situation bildas aggresiva syreradikaler (reaktivt syre, ROS) i mitokondrier och andra energisystem i den ansträngda muskulaturen Positiva och negativa effekter av ROS Vi har tidigare i vår grupp i detalj studerat egenskaperna hos ett sådant radikalgenererande enzymsystem, xantin-dehydrogenas/oxidas (XDH/XO) i human muskel och hur det påverkas av fysisk stress (Hellsten, 1994). XDH/XO reglerar slutstegen i den fullständiga nedbrytningen av ATP vilket leder till bildning av urinsyra (se fig. 1). Fria syreradikaler och andra reaktiva syremolekyler som uppkommer i de stressade energisystemen kan reagera med andra molekylerer inne i cellerna, exempelvis omättade fettsyror i cellmembraner, nukleinsyror i cellkärnas genmatrial och viktiga proteiner, t.ex. enzymer och strukturproteiner. Sådana radikalreaktioner Bertil Sjödin Dr. Institutionen för Fysiologi och Farmakologi, Karolinska Institutet kan ge upphov till liknande skador som man observerat med ultramikroskopi på cellulär nivå som nämndes tidigare. I vila eller vid låg aktivitet bildar den levande organismen måttliga mängder med reaktivt syre, som i de flesta fall är viktiga för olika enzymatiskt styrda reaktioner i olika vävnadstyper. Vissa typer av reaktivt syre och produkter av syreradikalreaktioner har man visat aktivera och reglera syntes av viktiga peplider, bl.a. cytokincr och anöoxidaöva enzymer. Cytokiner har en reglerande funktion på immiinförsvaret och kan efter behov upp eller nedreglera immxmcellemas aktivitet samt även påverka muskelcellemas funktion och utveckling. En måttlig prodxiktion av reaktivt syre är således posiövt för den levande organismen Men vid långvarig fysisk stress då produktion av reaktivt syre från energisystemen kan mångdubblas, kan kroppens egna försvarsystem raseras. Även vid snabba förändringar, exempelvis vid ovan och/eller ökad fysisk belastning, är inte alltid de antioxidativa systemen anpassade för att klara av den ökade radikalbildningen, vilket kan resultera i radikalaköverad nedbrytning av aköv muskelvävnad och hinköonsnedsättning. A n t i o x i d a t i v a försvaret De anöoxidaöva forsvarssytemen är mycket komplext uppbyggda av olika typer av anöoxidaöva lågmolekylära ämnen och av anöoxidaöva enzymer (se arökel av Michael Svensson). En del av de lågmolekylära anöoxidantema produceras i kroppens egna vävnadsceller medans andra öllförs genom födan. De anöoxidaöva enzymsystemen uppregleras och ned regleras allt efter omfattning av stressad ämnensomsättning inom cellen, exempelvis vid träning. De anöoxidaöva enzymerna är i huvudsak lokaliserade och verksamma inne i vävnadscellema medan de lågmolekylära anöoxidantema både förekommer i vätskerum mellan cellerna och i cellemas membraner samt utanför vävnaderna i blodplasmans vattenfas och i fettfasen av lipoproteiner (HDL, LDL). Under senare år har forskning intensifierats for att ta reda på vilken betydelse olika typer av anöoxidanöa har for att skydda organismens vävnader från skador orsakade av radikalreaköoner. Känsliga metoder har utvecklats for att mäta hur stort bidraget är från olika anöoxidaöva substanser i plasman och vävnadshomogenat for att neutralisera syreradikaler efter fysisk stress. Studier i vår och andra forskningsgrupper har visat att nedbrytningsprodukten från ATP, urinsyra, har den största anöoxidaöva kapaciteten i blodplasma (85%). ökad koncentraöon av urinsyra efter intensivt arbete samvarierar också med en ökad anöoxidaöv kapacitet i blodplasma. Vi har också påvisat ett upptag av urinsyra i muskulatur som är utsatt för högintensivt arbete. Inget upptag noterades i passiv muskulatur (Hellsten, et ak 1998). En ökad koncentraöon av allantoin, en oxida- PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor ter Svensk Idrottsforskning nr 3 * 1998 öons och nedhrytningspnxlukt av urinsyra, har kunnat uppmätas i muskelbiopsier tagna i samband med intensivarbetet vilket tyder på att urinsyra reagerat med reakövt Vi har också kunnat konstatera aft vid intensiv träning, som upprepas xmder en längre Öd, medför minskad förmåga att producera urinsyra förmodlingen beroende av att ATP nivåerna minskat inne i muskelcellerna. Samödigt ökar produköonen av reakövt syre i mitokondriemas energisystem då även tillgången på både ADP och ATP minskar (ADP är nödvändigt för att producera ATP, se ög. 1). Stressen i energiomsättningen ökar. Genom reduköon av cirkulerande urinsyra minskar kapaciteten att neutralisera radikaler som uppkommer under hårt fysiskt arbete. Andra anöoxidaöva ämnen i plasma och vävnadsceller kan därvid få ökad betydelse, t.ex. vitaminerna E och C samt glutaöon och ubiquinol (Q10), som alla samverkar med iirinsyra när det gäller att neutralisera radikalreaktioner. ® Fettoxldatlon Antioxidant supplementering T en pilotstudie supplementerades en grupp brandmän (n=8) med vitamin E och Q10. Före och efter supplcmenteringen på åtta veckor genomfördes ett omfattande batteri med intensiva tester under två Subjeköv skattning av bräningsvärk genomfördes dagarna efter varje testomgång. Läckage av muskelspecifika proteiner (kreaönkinas) uppmättes samödigt liksom hisättning av hypoxanön och urinsyra, båda nedbrytningsprodukter av ATP. Den skattade träningsvärken efter supplcmenteringsperioden var krafögt reducerad liksom läckaget av kKatinkinas. Trots att arbetsförmågan på det intensiva arbetstestet var lika eller tenderade att vara något bättre efter supplementeringspcrioden var nedbrytningshasögheten av ATP signifikant lägre, vilket visade sig i lägre nivåer av hypoxanön och urinsyra i plasma efter arbetet (Östman, et al. 1998). Både vitamin E och Q10 är fettlösliga anöoxidanter och utövar fem of#m enzymsysfem/Ör dterbifdnmg av ATP. 1. Kmzfmkinas-sysfemef (CK); där ATP bildas /rdn Xrgaffn/bs^t (CP) ock 2. Anne r ö k g/ytofytisÄug systemet; dar gfyÄzogen spyäfÄ%7S tzZZ fattat. 3. Aero&a gfykofyffsÄa? systemet; där gfytogen oziWeras tiff kofdio%zd ock Doften. 4. Peffozidations-sysfemef; där^ftsyror ozideras tiff tofdzozid ock oartem. 5. Adenyfaftinas-sysfemef (AK);där ATP fnfdas /h!n 2 ADP. Bzprodw&fen AMP oxideras oidare i en nedkryfnzngsted/a, som z de fre sista sfggen ger prodnttenia kypozanfm (HX), Mznfm (X) ock zmnsyra (UA). Sfwfsfggen, (Mr HX ozideras fiff UA ma X, Aafafyseras au eff enzym, som tanyorefzgga % fm* /brmer: zanfzndekydrogenas (XDH) ock zoMfmozwfas (XO). XDH ufnyft/ar NAD ock XO syre (O2) som efe&fronaccepfor. XO producerar där/or syreradzWer (O2). Som pifama uzsar &an XDH omuandfas fiff XO med fz/äfp au eft Jkafcfnm (O? 2+)atfzueraf profeas umfer mwsÄ^farbefe. figuren eisar ocW eff sförre mefakofzf/föde genom XO-sysfemef tnd arkefe (symbofiseraf au Ara^igare fin/er). PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 * 1998 därför sin anöoxidaöva akövitet i cellstruktuter som innehåller fett, tex. i olika typer av cellmcmbrancr, men även i cirkulerande lipoproteiResultatet från undersökningar antyder också att omsättningshasögheten på det energirika ämnet ATP minskar i muskulaturen vid intensivt arbete om bara tillgången öll fettlösliga anöoxidanöa är öllräckligt hög. Vitamin E i kombinaöon med Q10 förefaller också kunna ersätta urinsyrans anöoxidaöva kapacitet i krafögt ansträngd muskulatur. Förklaringen kan vara att samverkan mellan dessa fettlösliga anöoxi- danter på ett effekövt sätt skyddar mxiskulaturens mitokondrier från nedbrytande reaköoner med reakövt syre, vilket gör att mitokondierna effekövare kan producera ATP från ADP och högencrgirikt fosfat (Ti). Däremot har senare undersökningar visat att denna skyddande anöoxidaöva effekt uteblir då enbart Q10 användes som supplement. Man har också upptäckt att (räningseffekten kan utebli vid ensidig supplementering med Q10, i jämförelse med individerna som supplementerades med blindpreparat (placebo), vid högintensiv sprintcykelträxiing två gånger om dagen xmder fem dagar (Malm, et al. 1997). Praktiska betydelse Den praköska tillämpningen av de här nya kunskaperna kan vara öll hjälp när det gäller att planera träning för idrottsgrenar som är av starkt anaerob karaktär, t.ex. vid löpning 400 - 800 m där intensiva träningspass måste förekomma. Om de intensiva träningspassen läggs för tätt eller blir for omfattande riskerar man att sänka mxiskulaturcns energireserver så krafögt att kroppens egna försvarssystem mot radikalrcaköoner försvagas genom den ökade radikalbildningen. Ett tillstånd som v i brukar benämna "överträning" kan då inträda som resulterar i uteblivna prestaöonsförbättringar och ibland t.o.m. nedsatt prestaöonsförmåga. Akut kan tendenser öll överträningssymtom mildras genom intag av ett brett spektra av anöoxidanter, tex. vitamin E och C samt Q10. Långvarig supplementering med anöoxidanter kan å andra sidan minska effekten av träning. Här krävs emellertid mer forskning för att utröna om detta enbart gäller Q10 eller om det gäller generellt för alla typer av anöoxidanter. Referenser Friden, J. Exercise-induced muscle soreness. A qualitadve study of human muscle morphology and function. Umeå Universitet. Med. Diss. New Ser. 105. Hellsten, Y. Xanthine dehydrogenase and purine metabolism in man, with special reference to exercise. Acta Physiol. Scand. Vol. 151(Suppl.):621, 1994. I lellsten, Y., Tullson, PC., Richter, EA. & j . Bangsbo. Oxidation of urate in human skeletal muscle during exercise. Frec Rad. Biol. Med. 22,169-174,1997. Hellsten, Y., Sjödin, B., Richter, EA. & f. Bangsbo. Urate uptake and lowcred ATP levels in human muscle after high-intensity exercise. Am J. Physiol. 274(37% E600-E606, Malm, C., M. Svensson., B Ekblom., B. Sjödin. Effects of ubiquinone-10 supplementation and high intensity training on physical performance. Acta Physiol. Scand. 161, 379384,1997. Sjödin, B. & Y. Hellsten-Westing. Changes in plasma concentration of hypoxanfhine and uric acid in man with short-distaixce running at various intensiöes. Tnt. J. Sports Med. 11(6), 493495,1990. Upprepade fnfensioa mws&efarkefen feder fiff fnfdnfrzg au syrerodiWer. CeffsÄ%zdor ock presfafionssänÅrzzng kfir/Öf/den. Foto Sfyrk/öm Bergeff. Ostman, B., Sjödin, A., Foxdal, P., Branth, S., B. Sjödin. Effects of repeted physical exercise in healthy humans supplemented with vitamin E and ubiquinone-10. Manuskript 1996. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 » 1998 Immunförsvarets roll vid fysisk aktivitet Intresset f ö r forskning o m immunförsvaret i samband med fysisk aktivitet har ökat markant de senaste t i o åren. Till viss del beror detta på utvecklingen av nya metoder som g j o r t det m ö j l i g t att utföra mer detaljerade studier. Fortfarande är dock mycket oklart vad gäller effekterna av fysisk aktivitet och t r ä n i n g på i m m u n försvaret. • • • De flesta studier som hittills genomforts berör de akuta (timmarna efter avslutat arbete) förändringarna efter olika typer och intensitet av arbete. Senare Öds forskning har givit upphov ö l l en del intressanta frågeställningar, som kan ha stor relevans for idrotten, inte minst vad gäller akövas infeköonskänslighet och vad begreppet träningseffekt egentligen innebär. Förhållandet mellan specifika förändringar i immunförsvaret och prestaöon, återhämtning, och infeköonsrisk är fortfarande mycket oklart. Det är därför svårt att säga vilka immunologiska förändringar som är posiöva och vilka som är negaöva, med hänseende ö l l fysisk prestaöon. Vad man dock for närvarande kan konstatera är att många typer av vita blodkropppar (leukocyter) påverkas av fysiskt arbete, både ö l l antal och aköveringsgrad. M a n kan därför spekulera i att vissa förändringar, som i allmänhet tolkas som negaöva för kroppens skydd mot infeköoner, i stället kan vara en nödvändighet v i d h å r d , fysisk träning. Dessa immunologiska förändringar visar kanske på en anpassning och/eller kompromiss mellan nödvändigt försvar mot främmande organismer, och o p ö m a l immunförsvars-funkÖon med hänseende ö l l kroppens anpassning Öll fysisk träning. N y a metoder, t.ex. utvecklingen av monoklonala antikroppar, (molekyler som binder specifikt t i l l ett visst protein) har under de senaste åren gett forskare nya och mer exakta verktyg att mäta förändringar i akövitet och antal av olika leukocyter både i blodet och i muskulaturen Doktorand, Institutionen för Fysiologi och Farmakologi, Karolinska Institutet lär d e l Det icke-specifika försvaret består av fysiska barriärer, t.ex. h u d , slemhinnor och magsaft som h i n drar bakterier och virus från att ta sig i n i kroppen, fagocyöska celler som "äter u p p " främmande eller skadad vävnad, samt inflammaöonsprocesser. Det cellulära (T-cells medierat) försvaret använder sig av celler (t.ex. makrofager och cytotoxiska T-celler) som "äter u p p " (fagocytos) eller på annat sätt dödar förändrade eller främmande celler, eller delar av celler, som inte känns igen som kroppsegna. A l l a organ påverkas av irnmunförsvaret, men benmärgen, TABELL 1 - LITEN ORDLISTA Celltyp Funktion Adhesionsmolekyl Fungerar som "krok" för att fästa samman två celler, t e x . en T-hjålpar cell och en B-cell, eller en monocyt till endotelceller i blodkärl Antigen Främmande ämne, vanligen ett protein, som binder specifikt till en antikropp eller T-cell receptor. Ger upphov till produktion av antikroppar Antikroppar Protein som binder till ett visst antigen. Produceras av B-celler vid kontakt med t.ex. bakterier eller virus. Markerar och/eller oskadliggöra inkräktaren B-celler Producerar antikroppar som sedan kan markera och/eller oskadliggöra invaderande organismer Leukocyter Alla vita blodkroppar, dvs. lymfocyter, granulocyter och monocyter Lymfocyter B- och T- celler, även NK-celler kan räknas hit Monocyter Kan gå ut i vävnaden och rensa upp trasig vävnad efter t.e.x inflammation. Kallas där makrofager NK-celler "Mördar celler" räknas som den första försvarslinjen mot virus och cancer celler Definition Immunsystemet kan delas i n i ett specifikt och ett icke-specifikt försvar, samt en humoral och en cellu- Det specifika försvaret kan skilja mellan kroppsegct och främmande, och därigenom känna igen och avlägsna invaderande mikroorganismar och molekyler via speciella strukturer, s.k. anögener. V i d akövering producerar det humorala (Bceller) försvaret antikroppar som märker och oskadliggör främmande organismer. Christer M a l m " T-hjålpar celler behövs för reglering av aktiviteten hos B-celler. T-cytotoxiska celler oskadliggör bl.a. virusinfekterade kroppsegna celler PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor ^C Svensk Idrottsforskning nr 3 * 1998 "Öppna fönstret" Teorin tymus, lymfsystemet och mjälten är viköga i de vita blodkroppamas produköon och mognad. Skydd mot infektioner Många som är aköva inom uthållighetsidrotter upplever att de har öer sjukdagar än gemene man, speciellt övre luftvägsinfektioner. Studier från bl.a. maratontävlingar styrker detta iakttagande. En del studier visar att efter extremt, långvarigt arbete löper man större risk att bli drabbade av en övre luftvägsinfeköon inom de närmaste veckorna, jämfört med vilande kontrollpersoner, och även att hög träningssmängd skulle vara förknippat med ökad risk för övre luftvägsinfeköoner (Nieman, 1995). Man har förklarat detta med att det cellulära försvaret försämras och att slemhinnorna torkar ut (färre IgA antikroppar i saliv) efter utmattande uthållighetsarbete, varvid virus och bakterier skulle ges möjlighet att lättare invadera kroppen Detta har gett upphov öll teorin om det "öppna fönstret" (Fig. 1) (Pedersen, 1997). En annan möjlig förklaring öll den ökade infeköonsfrekvensen efter tävlingar kan vara att de som deltar i en tävling utsätts för fler och nya virus/bakterier i och med resor, byte av miljö, samvaro med etc. ^\ Okad lnfektlon$rl*k (2-10 tim) \ \ \r , _ ^ , A, , ,) il ^ Arbete ^ Vila f%gwr I. En/igf teorin om "öppnayönsfref " sWle iifroftare twa mer mottagliga yor m/étfzorzer timmarmz e/^er Wrt, Mngtwigt arbete te%. ett maraton. Fysiskt arbete Fysisk arbete ger snabba förändringar av immunförsvaret, och redan inom ett par minuter efter påbörjat arbete har både antalet och aköviteten av flera klasser av vita blodkroppar i blodet förändrats. Hur långvarig och kraftig denna förändring blir, beror öll största delen på arbetets längd och intensitet. Typen av arbete påverkar också förändringarna, och det verkar som att excentriskt arbete ger större förändringar än koncentriskt, kanske beroende på större muskelcellskada. Eftersom även kortvarigt, excentriskt arbete ger upphov öll kraföga förändringar i immunförsvaret, bl.a. minskat antal NK celler, basofiler Vid måttligt ansträngande (t.ex. 60 och eosinofiler i blodet, samt min- min. cykelarbete på 75% av skad kapacitet hos NK cell (Smith, VOgmax) aerobt arbete ökar antalet 1991), utan att förknippas med ökad och aköviteten hos vissa leukocyter infektionsrisk, verkar det som att xmder arbetet (t.ex. naturliga mördar förändringar/sänkningar i immun- celler, NK-celler) för att sedan sjunförsvaret inte allöd leder öll ökad ka något ömmarna efter arbetet. infeköonsrisk. Andra celltyper, t.ex. neutrofiler ökar i antal både under och efter De i blodet cirkulerande leukocyter- arbetet, medan B-cellemas akövitet nas antal (och öll viss del även gra- sjunker under och efter arbete den av akövering) reflekterar endast (Pedersen, 1997). Resultaten tyder trafikering (frisättning och upptag) på en minskad specifik, och en ökad mellan blodet och andra organ i icke-specifik kapacitet hos immunkroppen. Det är således vikögt att försvaret efter fysiskt arbete. En mätbara förändringar av olika teori är att kroppen försöker minska immunologiska faktorer i blodet i risken för autoimmunitet, d.v.s. att samband med fysiskt arbete relate- immunförsvaret ska reagera på ras öll kliniskt relevanta förändring- kroppsegna ämnen, Lex. muskelproar, Lex. ökad infeköonsrisk eller för- teiner som efter arbete kan läcka ut i sämrad återhämtning, samt att mät- blodet. Efter ett arbete av denna typ ningar görs i andra berörda vävna- är de flesta immunologiska föränder än blodet, t.ex. muskulaturen dringarna öllbaka på vilovärden inom 24 ömmar. Om arbetet fortgår och slemhinnor. under längre öd (30 km / 2 öm. löpning verkar vara någon sorts gräns) sjunker kapaciteten hos de flesta celler redan under arbetets gång, och förblir sänkta efter arbetet. Eftersom vita blodkropppar i huvudsak använder sig av kolhydrater for att täcka sitt energibehov, kan den sänkta kapaciteten xmder och efter denna typ av arbete bero på att fördelningen av energi prioriteras öll fördel för de arbetande muskelcel- Generellt verkar det som att antalet lexikocyter i blodet ökar krafögt efter ett enskilt anaerobt arbete, Lex. 60 sek maximal cykling, men att effekten är snabbt övergående och att de enskilda leukocytemas funköon inte påverkas i någon större utsträckning. Antalet celler i blodet normalt är återställt öll vilovärden inom 4-6 Ömmar. En studie visar dock att upprepad, anaerob träning (15 x 1 min., 2 ggr/dag i 10 dagar) kan ge lägre vilovärden av NK celler, och högre akövitet hos lymfocyter 6 dagar efter träningsperioden (Fry, et al., 1992). En möjlig förklaring öll varför långvarig, lågintensivt arbete ger mer bestående förändringar i immxinförsvaret än kortare, högintensivt arbete kan vara högre maximala koncentraöoner av vissa stresshormoner, t.ex. korösol och p-endorön, i samband med långvarigt arbete (Gabriel and Kindermann, 1997). Få kontrollerade studier är gjorda på immun- PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3» 1998 -)%=försvaret i samband med längre perioder av hårda, anaeroba träningspass, och effekten av denna typ av mer elitbetonad träning därför tämligen svår att beskriva. Vid excentriskt arbete uppkommer större mekaniska skador på muskelcellerna jämfört med koncentriskt. Detta orsakar troligtvis kraftigare infiltrering av leukocyter öll den skadade muskeln vid akövitet med större excentriskt inslag, t.ex. utförslöpning. Från de studier som gjorts (Pizza, et al., 1996, Smith, 1991, Tidball, 1995), verkar det som att excentriskt arbete resulterar i ett inflammaöons-liknande tillstånd i musklerna, och ökar de fagocyterande cellemas (t.ex. neutrofiler och makrofager) förmåga att invadera muskulaturen. Infiltraöonen styrs bLa. genom ett ökat uttrycket av adhesionsmolekyler på cellytan (proteinstrukturer som är nödvändiga för att de cirkulerande leukocytema ska kunna fastna på kärlväggen och infiltraöon iniöeras). Infiltraöon av leukocyter i muskulaturen efter fysiskt arbete har konstaterats (Round, et al., 1987), men någon närmare utvärdering av vilka klasser av celler som lämnar blodet och går in i muskulaturen har ej gjorts. Detta har öll stor del berott på brist på användbara metoder. Mycket lite är också känt om hur muskulaturen kommxmicerar med immunsystemet. Det är troligt aft muskelceller, eller infiltrerande leukocyter, producerar vissa typer av signalmolekyler (t.ex.IL-lp, IL-6, IGF-1) efter fysiskt arbete (Hellsten, et a l , 1997). Dessa substanser kan sedan attrahera specifika populaöoner av leukocyter till miiskulatxiren, en process kallad kemotaxis. Betydelse av denna infiltraöon av vita blodkroppar för muskelns återhämtning och anpassning har ödigare diskuterats men vetenskapliga studier inom området saknas nästan helt. Med relaövt nya metoder (monoklonala antikroppar) kan man märka specifika klasser av leukocyter, Lex. neutrofiler, T-celler eller makrofager, och även uttrycket av signalmolekyler, i muskulaturen i samband med fysiskt arbete. Med hjälp av denna teknik studerar vår forskargrupp just nu Ödsförloppet för infiltraöonen av olika klasser av leuko- cyter i muskxilaturen efter excentriskt arbete. Vi kan se att olika celltyper uppträder i muskulaturen vid olika ödpunkter, vilket överensstämmer med förloppet som beskrivs vid kliniska tillstånd med vävnads-inflammaöon, t.ex. muskelreumaösm (Pyne, 1994, Tidball, 1995). Resultaten kan således användas dels inom idjx)ltsforskningen for att öka kunskaperna om träningseffekter och återhämtning, dels som en modell för klinisk forskning om vävnadsinflammaöon. Muskelskada och reparation Vid belastning av muskeln, speciellt om belastningen är excentrisk, uppträder en omedelbar skada på muskelcellerna. Orsaken öll denna skadan kan bero på flera faktorer: mekanisk påverkan, ökat inflöde av kalcium, frisättning av degraderande enzymer, produköon av fria syreradikaler (se Svensson i detta nummer), etc (Chambers and McDermott, 1996). Dessa skador ger upphov öll signaler (nedbrytningsprodukter och andra signalsubstanser) från den skadade muskeln öll de i blodet cirkulerande leukocytema, och närliggande kärlväggar. Effekten blir en akövering av specifika klasser av leukocyter och en ökning av adhesionsmolekyler både på kärlväggen och på de blodbuma leiikocyterna. Följdaktligen kan utvalda leukocyter "häfta fast" vid kärlväggama (ungefär som en kardborre) runt det skadade området för att efter hand vandra ut i vävnaden. ger. Dessa celler har öll uppgift att rensa bort trasig vävnad och förbrukade neutroöler, samt frisätter viköga tillväxt- och aköveringsfaktorer för satelitcellema. Två öll tre dygn efter arbetet kan man finna aköverade satelitceller, en indikaöon av pågående reparaöon och återbildning av den skadade muskeln (Chambers and McDermott, 1996). Huruvida denna muskelreparaöon representerar reparaöon av befintliga celler, eller en direkt nyproduköon av muskelceller är i dagsläget fortfarande under debatt. När det gäller skador inducerade av fysisk akövitet är skadan för det mesta återställd inom sju dygn, men kvarstående strukturella förändringar har rapporterats upp öll 21 dygn efter excentriskt arbete (Evans and Cannon, 1991). Genom att fortsättningsvis studera förekomsten av leukocyter, signalsubstanser, adhesionsmolekyler och satellit-celler i muskelvävnaden, är förhoppningarna att kunna förstå hur muskulaturen anpassar sig öll fysisk akövitet, och vilken funköon immunförsvaret har i denna anpassning. I detta arbete ingår även att använda fysiskt arbete, främst excentriskt, som en modell för att studera det akuta förloppet vid muskelinflammaöon. Resultaten från dessa studier kan sedan förhoppningsvis tillämpas vid behandling av paöenter med olika typer av muskelsjukdomar, t.ex. muskelreumaösm. Praktisk tillämpning för aktiva De första cellerna som uppträder i muskeln efter en skada är neutroöler och cytotoxiska T-celler. Dessa celler önns i vävnaden inom 6-10 ömmar och har öll uppgift att bryta ned skada vävnad, vilket medför att skadan i vissa situaöoner faktiskt är mer omfattande 1-2 dygn efter ett hårt fysiskt arbete. De infiltrerande neutroölema frisätter tillväxtfaktorer som attraherar nästa populaöon leukocyter, monocytema. Dessa celler vandrar från blodet öll muskel vävnaden 6-48 ömmar efter arbetet (pågående studie tyder på 48-72 ömmars fördröjning). Väl ute i vävnaden aköveras monocytema och kallas därefter makrofa- Två saker är av yttersta vikt för den som försöker nå sin maximala potential inom idrott; opömal anpassning öll träning och frånvaro av sjukdom. Immunförsvaret är avgörande för båda dessa träningsfaktorer. Att uöfrån dagens kunskap om immunförsvarets funköon vid fysisk ansträngning ge konkreta rekommendaöoner för hur man t.ex. ska få optimal återhämtning, undvika överträning och sjukdomar etc. är svårt, för att inte säga omöjligt. I dagsläget kan forskare endast ge en beskrivande bild av immunförsvaret vid fysisk akövitet. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor -a%r Svensk Idrottsforskning nr 3 * 1998 Om man i framöden har kunskap och förståelse för hur immunförsvaret reagerar på olika former av träning kan man sannolikt hjälpa aköva med rekommendaöoner och råd i dessa frågor. Översiktsartiklar muskulär anpassning Sammanställning inom Exercise Immunology området Int. J. Sports Medicine, Suppl. 3, VoL 15, OcL Int. J. Sports Medicine, Suppl. 1, Vol. 18, Mar. 1997. Int. J. Sports Medicine, Suppl. 3, Vol. 19, July, 1998. Exercise Immunology, Bente Klarlund Pedersen, Springer-Verlag, Tyskland, 1997. Molecular Basis of Skeletal Musde Regeneradon, Can. j . Appl. PhysioL, VoL 21(3), 155-184. Referenser 1. Chambers, K. L, and J. C. McDermott. Molecular basis of skeletal muaele regeneration. Can J Appl Physiol 21:155-84,1996. 2. Evans, W. J., and J. C. Cannon. The metabolic effects of cxercise-induced muscle damage. Exerc Sport Sci Rev 1% 99-125,1991. 3. Fry, R. W., A. R. Morton, P. Garcia-Webb, G. P. Crawford, and D. Kcast. Biological responses to ovcrload training in endurance sports. Eur J Appl Physiol 64:335-44,1992. 4. Gabriel, H., and W. Kindermann. The acute immune response to exercise: what does it mean? Int j Sports Med 18 Suppl 1: S28-45,1997. 5. Hellsten, Y., U. Prandsen, N. Orthenblad, B. Sjödin, and E. A. Richter. Xanthine oxidase in human skeletal muscle following eccentric exercise: a role in inflammation. J Physiol (Lond) 498:239-48,1997. 6. Nicman, D. C Upper respiratory tract infections and exercise [editoriall. Thorax 50: 1229-31,1995. 7. Pedersen, B. K. Exercise Immunology. Georgetown: R.G. Ländes Company, 1997. 8. Pizza, P. X., B. H. Davis, S. D. Henrickson, J. B. MitchelL j . F. Pace, N. Bigelow, P. Dilauro, and T. NagHerL Adaptation to eccentric exercise: effect on CD64 and CDllb/CDIB expression. J Appl Physiol 80: 47-55,1996. 9. Pyne, D. B. Exercise-induccd musde damage and inflammadon: a review. Aust J Sd Med Sport 26: 49-58,1994. 10. Round, j . M., D. A. Jones, and G. Cambridge. Cellulär inEltrates in human skeletal muscle: exercise induced damage as a model for inflammatory musde disease? J Neurol Sd 82:1-11,1987. 11. Smith, L L Acute inflammation: the underlying mechanism in ddayed onset muscle soreness? Med Sd Sports Exerc 23: 542-51,1991. 12 TidbalL 1- G. Inflammatory cell response to acute musde injury. Med Sd Sports Exerc 27:1022-32,1995. Trarnmg ock dterMmfnmg pd efztmW A" en sadr balans mellan optimal Wm?%g oc/z Joerir^nmg - od% hm A/and resultera i platt /aff /Ör den atfioe. BiWem tTisar arfikef/Ör/affareri imf /SM 2000 m » W e r /inaf 1969. foto ur Christer Mofms Wdarkm. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr3D1998 "Oxidativ stress" - viktig faktor för skelettmuskulaturens anpassning? Författaren presenterar här en ny och utmanande förklaringsmodell gällande bakomliggande mekanismer för skelettmuskulaturens cellulära anpassning vid fysisk träning eller inaktivitet. Skelettmuskulaturen har en fantastisk förmåga att anpassa sig till det belastningskrav som råder, både i ett akut skede (sekunder) och vid längre tids träning (veckor-månader-år). I ett akut skede, från vila till maximalt fysiskt arbete, kan exempelvis skelettmuskulaturens energiomsättning och syreupptagningsförmåga öka över 200 gånger. • • • I ett längre perspektiv har det exempelvis visats att ett par månaders uÖiåUhghebträning kan leda till omfattande nivåökningar av muskulaturens mitokondriella enzymer (Bamard, et ak 1970, Henriksson & Reitman, 1977), vilket samvarierar med ökad uthållighet/prestationsfönnåga (Magel, et ak 1975). Muskelvävnaden är dock inte alltid redo för den fysiska belastning som individen utsätts för vilket kan resultera i en mängd olika överträningssymtom (Fry, et ak 1991), utebliven anpassning samt nedsatt prestationsförmåga. De cellulära mekanismerna bakom förändringar gällande skelettmuskulaturens vävnadsutseende, enzymakövitet, kontraköla egenskaper och aerob respektive anaerob kapacitet som svar på fysisk träning (Åstrand & Rodahl, 1986, Fitts & Widrick, 1996), inaktivitet (Henriksson & Reitman, 1977, Allén, et al 1997) eller överträning/överansträngning (Ebbeling & Clarkson, 1989, Friden & Lieber, 1992, Pyne, 1994) är idag till mycket stor del okända. En växande mängd studier talar för att s.k. fria syreradikaler och andra oxiderande syreföreningar, gemensamt kallade reaktivt syre, är i vissa situationer skadliga biprodukter (Blake, et a l 1987) men i andra situationer en livsnödvändig del av cellemas signalsystem, allt beroende på var reaktivt syre uppkommer och i vilken omfattning (Cotgreave & Gerdes, 1998). I detta sammanhang har ett brett spektra av olika samspelande antioxidativa molekyler en viktig roll för att motverka uppkomst av skadliga mängder reaktivt syre samt i reglering av signalaktivering mellan och inom cellerna. Kunskaper kring reakövt syre och Michael Svensson Doktorand, Institutionen för Fysiologi och Farmakologi, Karolinska Institutet antioxidativt försvar, vid fysisk träning, är bl.a. viktigt för förståelse hur skador uppkommer i muskulaturen vid "överträning", men också av stor vikt för ökad kunskap gällande vilka signaler som uppkommer under fysisk träning (Lex. förändrade nivåer av reaktivt syre/oxidaöonsprodukter/anöoxi-dant-status) som "triggar" aktivering av gener viktiga för proteinsyntes och positiv träningseffekt. Reaktivt syre: vän eller fiende? Molekylärt syre (O2) som vi inandas via atmosfärluften är en reaktiv fri syreradikal med två fria (opariga) elektroner vilka ger molekylen dess reaktiva karaktär. Om vi inte var utrustade med ett antal olika skyddssystem mot O2 och andra former av reaktivt syre skulle exempelvis lungvävnaderna omedelbart skadas vid kontakt med inandningslxift. Under evolutionen har dock organismen utvecklat olika antioxidativa försvarssystem och även lärt sig att dra fördel av syrets reaktiva egenskaper. Exempelvis fungerar syre som slutgiltig elektronmottagare i mitokondriemas elektrontrontransportkedja Candningkedjan") vilket medför att syre reduceras öll vatten (2 x O + 2e + 2H' - > 2H2O) och att ADP (adenosin difosfat) kan fosforyleras öll ATP (adenosin trifosfat). dock som att ett läckage av elektroner kan ske via ubiquinon (Q10) som är en elektrontransportör mellan enzymerna i komplex I, II och III (se 5g. 1). Dessa elektroner kan fångas upp av O2 vilket ger upphov öll superoxidradikaler (O2") vilka är än mer reaktiva och skadliga än O2. Superoxidradikaler kan därefter ge upphov öll bl.a. väteperoxid (H2O2), peroxinitrit (NOO-), hypoklorsyra (HOC1-) och hydroxylradikaler (OH) vilka alla är mycket starka oxidanter. Ett antal studier har kalkylerat att ca 2-5% av syreomsättningen i mitokondriema, under normala förhållanden, reduceras öll O2" och H2O2 i stället för att reduceras öll vatten (Chance et al. 1979). Förutom uppkomst av reakövt syre via spontana reaktioner, exempelvis i elektrontransportsystem i mitokondriemas, sarkoplasmaöska reökelets och cellkärnornas membraner, så finns det ett antal grupper av enzymer med kapacitet att producera reaktivt syre (Chance et al 1979). Exempelvis har immxmcellema flertalet enzymer som producerar reakövt syre vid aktivering, vilket är livsavgörande i kroppens försvar mot inkräktande bakterier, virusinfekterade celler och bekämpning av cancerceller. Vid vår insötuöon har bl.a. enzymet xanöndehydrogenas/xanönoxidas (XDH/XO) studerats i detalj (Hellsten, 1994), vilka båda kan producera O2 " och H2O2 vid nedbrytning av piirinföreningar (Kooij, 1994% t.ex. ATP, vilket sker i stor omfattning vid högintensivt fysiskt arbeta (Balsom, et al 1992). Hård fysisk ansträngning innebär en dramatisk ökning av ämnesomsättningen där syreupptagningen, hos mycket vältränade individer, kan T denna elektrontmnsport verkar det öka från ca 3 mL/min/kg kropps- PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 * 1998 - t e * v i k t i vila ö l l 60-90 m L / m i n / k g kroppsvikt v i d maximal ansträngn i n g , vilket teoreöskt innebär att uppkomsten av O 2 " kan öka från ca 5-11 m L O 2 " per m i n u t ö l l ca 90-340 m L O 2 " per m i n u t ( v i d 75 k g kroppsvikt). medför anpassning och ökad prestaöonsförmåga. V i tror också att "för lite" oxidativ stress kan leda fram ö l l aktivering av en mängd olika proteinnedbrytande enzymer (proteaser) vilket kan leda ö l l muskelatrofi och minskad fysisk arbetskapacitet. Det är v ä l känt att reaktivt syre genom sin reaktionsbenägenhet kan förändra och skada en mängd olika biomolekyler, Lex. fleromättade fettsyror, proteiner, kolhydrater och nukleinsyror ( H a l l i w e l l & Gutteridge, 1989), vilket kan leda ö l l negaöva förändringar i cellens f u n k ö o n . Mycket tyder på att dessa biomolekylära förändringar har en stor del i de vävnadsskador som uppkommer i samband m e d överansträngning/överträning. V i tror dock att situaöoner med "lagom" mängd oxidaöv stress i skelettmuskulaturen, en temporär obalans i de anöoxidaöva-prooxidaöva systemen, vid fysisk träning, står för en central länk i träningssömulit som på sikt Antioxidanter Reglering av uppkomst av reaktivt syre och därigenom avgörande för vilka effekter dessa reaktiva molekyler medverkar ö l l , balanseras främst av ett omfattande anöoxidaövt försvar. Kroppens anöoxidaöva försvar består av ett brett spektra med antioxidanter (Se tabellen nedan). En växande mängd studier talar för att anöoxidantema samverkar med varandra i omhändertagandet av reaktivt syre (Emster, 1994). De i kroppen bildade (endogena) anöoxidantema verkar specifikt mot olika specifika subsn-at/former av reaktivt syre. Olika näringsämnen, t.ex. selen, koppar, zink, är inte direktverkande anöoxidanter men dock viktiga för det endogena anöoxidantemas funköon. De från kosten fetöösliga ämnen, t.ex. Q10, vitamin E och olika karotenoider samt vattenlösliga ämnen som flavonoider och vitamin C kompletterar och samverkar med de endogena anöoxidantema. V i d nedsatt funktion i det endogena försvaret, t.ex. i glutathionperoxidas-systemet v i d brist på selen, verkar det t.o.m. som om att vissa anöoxidanter från kosten, v i t a m i n E, delvis kan ta över glutathionperoxidasets r o l l Långvarig brist på dietära anöoxidanter medför dock u p p komst av vävnadsskador vilka kan härledas från angrepp av reaktivt syre. Ärftliga sjukdomar med defekter i bildning av anöoxidaöva enzymer medför också vävnadsskador som på sikt leder kliniska symtom (Halliwell & Gutteridge, 1989). V i har xmder ett antal år studerat DE MEST DOKUMENTERADE A N T I O X I D A N T E R N A Antioxidant Kategori Övrigt / v i k t i g a näringsämnen f ö r b i l d n i n g i kroppen Askorbinsyra (vit C) Näringsämne, via kost VattenlOslig, hög konc. i immunceller, binjurar Riboflavin (vit 82) Näringsämne, via kost VattenlOslig, viktig bl.a. för glutationreduktas Tokoferoler/trioler (vtt.E fam) Naringsåmne, via kost Fettlöslig, verkar i cellmembran, lipoprotelner Karotenoider (vit. A liknande) Näringsåmne (b-karoten), via kost FylloVmultiprenylkinon (vitK) Näringsämne, via kost via kolonbakteriers syntes Fettlöslig, verkar i cellmembran, lipoprotelner, gula fläcken Fettlöslig Flavonoider Plasmaproteiner, tex. albumin Ublqulnon (Q10) Urinsyra (urat) Bilirubin Glutathion (GSH) dihydrolipoamid Glutathionperoxidas (GSHPx) Glutathionreduktas (GSSGred) Superoxiddlsmutas (SOD) Katalas (CAT) Kostkomponent ej essentlell VattenlOslig, verkar pä mänga sätt binder fna metalljoner Bildas i kroppen genom proteinsyntes VattenVfettlöslig, binder fria metal Bildas främst i kroppen, även via kost Fettlöslig, i cellmembraner, llpopro teiner, I mitokondrier Slutgiltig nedbrytningsprodukt från ATP VattenlOslig, hög koncentration i plasma (250-600uM) Nedbrytningsprodukt frän röda blodkroppar Fettlöslig, motverkar lipidperoxida Tripeptld (glutamin/at cystein, gtydn) VattenlOslig, hög konc. (upp till xOmM), många funktioner Bildas i kroppen frän a-liponsyra VattenlOslig, liknande funktion som Enzym (substrat GSH+ROO) bildas i kroppen Aminosyror + selen krävs för bild ning/funktion Enzym (substrat:GSSG+NADPH) bildas i kroppen Aminosyror + B2 krävs för bildning/funktion Enzym (substratsuperoxidradikaler) bildas i kroppen Aminosyror + mangan alternativt koppar + zink Enzym (substrat: våteperoxid) bildas i kroppen Aminosyror + järn krävs för bild ning/funktion PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr3D1998 nedbrytning av puriner,bl.a. ATP, vilket ger upphov till omfattande stegring av hypoxantin oeh urinsyra iblodplasma efter hårt fysiskt arbete (Hellsten, 1994^.Detta system är myeket intressant eftersoxn det aktiv e r a s i s t o r omfattning vid ax^aerobt betonat arbete oehgex^ererar reak tivtsyreviaXDHBXO(^ooi^,x994^, samtidigt som slutprodukten,urin syra,ärenantioxidantivattenfas(se fertil bodins artikel för vidare läs myeket tyder på att aktiveringssyte men för gener soxn kodar för antioxidativa enzymer är känsliga för reaktivt syre oeh indueeras beroen de på syretryeket soxn exponerar aktuell vävnad(Teoh, et a l . 1 9 9 ^ . således finner man högsta nivåerna a v a n t i o x i d a t i v a e n z y m e r i d e vävnader som har störst syreomsätt nixxg, t.ex. lungor,rödablodkroppar, hjärta, lever, x^urar oeh hjärna ^Halli^ell,1994). studier har även visat att regelbun den träning resulterarihögre nivåer av de kroppsegna antioxidanterna ^obertson,etal.l991,Atalay,etal. t 9 9 ^ , vilket kan tolkas soxn exx anpassning tillökadoxidativ stress p.g.a. ökad fysisk aktivitet. Det har även visats att fysisk inaktivitet leder till en reduktion av vävnadsnivåernaBaktivitetex^avantioxidativa exxzymer (Hollander, et al. 199^, vilket medför att vävnaden blir mer känslig för hastigt uppkomx^ia situationer med fysisk stress. ^ Succinat i^ADH FAD Oz+drf Idagsläget är inte mängden publieerade studier med koxxtrollgrupp övertygax^de soxn redovisar positiva effekter av e^tra intag av antioxi danter vid hård fysisk tränixxg, undaxxtaget studier på d^ur med xxäringsbrist. Doek skall man inte negligera att det ixxms ett antal studier som redovisar myeket intres 2H,0 f ( g w 1. f zgarerz mszzr efekfronfrazzsporferz (marÄ%rat med pz&zrj imz of zhz profezzzer i mzfoAzmzfrzerrzas mrzermemmwz sam tiff stdfrsfa def zrosfufas med att syre (O2J rgdwcgros fzff oafferz (H2O). Denna efekfnmfrarzsporf ar en /xTrwfsat frzmg /ar fzifanmg ar ATP /h&% eriergzrzkf /bs/af (Pz) + A D P (ef i /zgzzr) + erzergzrzAa ^reningar (bf^%. N A D H , F A D H , szzcczmzf) /rzfzz mzfoÄZTrzdrzerzzas ocfz gfyÄ%)fyserig »edbn/f zzzrzg ac Wfrydraf oc/z/effsyror (e/ z/igwrj. Mycket fafar/Ör att wpptomgf av reotffpf syre sker (iriom aen sfreckazie rwfan) genom aff syre jzbzgar upp en efekfra» (e-) czfkef resafferar z en sziperozzd razfikaf (O2"). Protein Lex. enzymer, transkriptionsfaktorer (inaktiv / aktiv form) D e t k a n här poäx^gteras a t t u p p r e glering av de kroppsegna antioxi danternagenomfysiskträxux^gkan vara av fördel, som preventiv mediein för att vara bättre rustad mot oxidativ stress i ^vardagssituation nen"oehdärmediörebyggautveekImg av de vanligaste folkhälsos^uk domarna, där oxidativstressär en del av sjukdomsförloppet ^Hallixvell ^^utteridge,19^9). ^upplementering ^ (akdv/ inaktiv form) Fzgar 2. Fzgwrerz rnsar Aar profezrzerrzas ^?rm ka» /ordfzzdras gemmz ozzzfafÄm(p.g^z. reakf zuf syre, ozzderaf gf ufaffzåm(GSSG)) ax? protezrzerrzas swnvef-D&fegrapper (SH grzzpper) mfkef fezfer fzff arzfzrzgerz zfzsaf/zdWmfrzzrzgar (S-S) effer mmirzzMg meffan profeznef oc/z ozåieraf gfafat/zzorz (GS-5J. P^irdfmirfMgar z profezrzemzzs SH grupper (fzff S-S effer GS-Sj #r oarzfigerz reiTerszbfa med /z/<%fp ac eff anfaf ofzka Jfersf&ffarzj e enzyzner. Pzf deffa syf f fzar reakffof syre zfzreÄ^ effer zmfzrekf (ma GSSG) z?merkarz pa" cef ferrzas akt zrerzrzg effer zrzakf ziwrzrzg zzv erz zmyrzgzf ofzka enzymer oc/z gerzakffoerzrzgsprofezrzer (hianskrzpfforzs^zktorer), mfkef pdoerkar Wtrnaffemas Amzesoms&ffvzmg oc/z wfveckfmg. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor ter Svensk I d r o t t s f o r s k n i n g nr 3 * 1998 santa resultat som indikerar att extra intag av vissa anöoxidanter är posiövt vid extrem hård fysisk akövitet (Simon-Schnass & Pabst, 1988, Östman, et al. 1998). Ett antal seriösa studier har inte funnit fördelar av extra intag av anöoxidanter (Braun, et al. 1991, Weston et al. 1997). karaktäriseras som anöoxidanter genom att de binder fria metalljoner, t.ex. järn och koppar, vilka i fritt tillstånd underlättar reaktioner som ger upphov Öll reaktivt syre. Således är bl.a. järn och koppar, vilka är viköga för funktionen i det anöoxidaöva försvaret (KAT och SOD), i vissa situaöoner (i fritt öllstånd) prooxidanter. Detta är relevant med tanke på att idrottare inte sällan kompletterar sitt kosöntag med kostöllskott. Vår forskningsgrupp har även visat att förhöjda nivåer av kKatinkinas (CK, indirekt markör för cellskada) i plasma (Malm, et al. 1996) och utebliven träningseffekt (Malm, et al. Höga doser av mineraler har i detta 1997) samvarierar med förhöjda sammanhang direkt samband med nivåer av Q10 i plasma, genom sup- biverkningar som kan kopplas öll plementering med Q10, vid högin- ökad uppkomst av oxidaöv stress. tensiv fysisk träning (Svensson, et al. Det är knappast en slump att de röda blodkropparna är utrustade med höga nivåer av anöoxidaöva Studier har vidare visat att Q10, i ämnen eftersom att de exponeras för vissa situaöoner, kan hämma högt syretryck och samödigt har ett utvecklingen av celler genom påver- rikligt innehåll av järn. kan av signalregleringen i plasmamembranet (Crane, et al. 1997), vil- Glutathion (GSH) ket i så fall ligger i linje med fynd från vår forskningsgrupp. Detta Under de senaste året har v i bLa. indikerar att antioxidanter har mul- studerat förändringar i glutathioöpla biomolekylära effekter, vilket nomsättning. Glutathion förekominnebär att extra intag av vissa anti- mer främst i två former, den reduceoxidanter i vissa specifika situaöo- rade anlioxidant-formen (GSH) och i ner kan leda öll ej önskvärda effek- den oxiderade radikalformen (GS) ter (Wang, et al. 19%). Exempelvis som omedelbart bildar komplex kan man ställa sig frågan vilka effek- med andra oxiderade peptider ter ett intag av antioxidanter, långt (GSSG, GSSX) och proteiner (ProhSutöver de allmänna näringsrekom- SG, 8g. 2), vilka reduceras öllbaka mendaöonema, har på vävnademas av ett antal enzymer (främst glutaendogena anöoxidaöva molekyler öonreduktas (GSSGred)) till dess och på Iräningseffekten? antioxidantform. Under normala förhållanden inom cellerna föreDet finns dock studier som har visat kommer gfutaöuon övervägande i att supplementering med vitamin E sin reducerade form (>90% GSH). (alfa-tokoferol) motverkade muskelatrofl vid immobilisering (Apell, et Vid ökad uppkomst av reaktivt syre, al. 1997). Mekanismerna bakom exempelvis vid sjukdom (Halliwell detta exempel är dock idag okända. & Gutteridge, 1989) och vid hård Författarna öll denna studie speku- fysisk träning, kan förhållandet mellerade i att muskelatrofin vid immo- lan GSH och GSSG (GSH/GSSG) bilisering indirekt var ett resultat av minska i ett akut skede (Corbucci, et ökad uppkomst och skadliga effek- ak 1984, Sastre, et al. 1992) vilket kan ter av reaktivt syre, vilket supple- användas som en indirekt markör menteringen med vitamin E motver- för ökad oxidaöv stress. kade (Apell, et a l 1997). Ett antal studier har visat att fysisk Det har visats att anöoxidanter, som uthållighetsträning minskar både kan öllgodoses via kosten (vitamin nivåerna av GSH och förhållandet E), ökade bildning och aktiviteten av mellan GSH och GSSG (Dekkers, et antioxidativa enzymer (glutatJhion- ak 1996). Detta har uteslutande tolperoxidas, GSHPx), visat i studier på kats som negaöva effekter från oxihjärtmuskelceller (Li, et al. 1996). daöv stress. Vidare har studier visat Detta tyder på att kroppen försöker att nivåerna av GSH i muskulatuen upprättliålla en balans mellan de minskade med 50% vid fysisk inaktiolika anöoxidantema. Plasmapro- vitet (Hammarqvist, et al. 1995) samteinema ceruloplasmin och albumin ödigt som denna situaöon är förfungerar som transportproteiner för knippad med muskelatrofi (Park & en mängd olika näringsämnen och Schultz, 1993). Tömningen på GSH i muskulaturen innebär att vävnaden blir mer känslig för oxidaöv stress men samtidigt kan detta tänkas vara av fördel eftersom "triggemivån" for öHväxtirämjande faktorer (t.ex. reaktivt syre, produkter från oxidaöv stress) sänks i immobiliserad muskulatur. Nedsatta nivåer av GSH har starka samband med induköon av celldöd (apoptos), vilket främst har studerats på immunceller (Roederer, et al. 1991). Minskade nivåer av GSH är av intresse både när det gäller nedsatt immxmcellfunköon/akövering vid hård träning och muskeatrofi vid fysisk inakövitet. Mycket tyder på att låga nivåer av GSH medför att reduköons och oxidations status på proteinemas funköonella grupper (svavel/vätegrupper (SH-grupper)) förändras (fig. 2) Öll mer oxiderade vilket kan påverka aktiveringen av olika enzymer och transkripöonsfaktorer. Oxidativ stress Vår grundhypotes bygger på att ökad uppkomst av reakövt syre och därmed förändringar i glutathionstatus (GSH/GSSG) är viköga faktorer för akövering av ett antal gener, som en fömlsättning för posiöv träningseffekt. Det har visats att reakövt syre och oxiderat glutathion kan modifiera protein-strukturer (fig. 2) vilket kan resultera i aktivering eller inaktivering av enzymer (Ziegler, 1985) och transkripöonsfaktorer (Marcus, et aL 1993, Sen & Packer, 1996, Sun, et al. 1996). Exempelvis aktiveras genaköveringsproteinema (transkripöonsfaktorer) AP-1 (acövator protein-1) och NF-kB (nuclear factor kB ) genom oxidaöv stress (Pinkus, et aL 1996, Packer, et al. 1995) och förändringar i cellemas förhällande mellan GSH/GSSG (Sen & Packer, 1996), vilka är viktiga faktorer i uttrycket av ett antal olika gener. Ett antal studier har visat att reaktivt syre som adderas öll cellkulturer i en "lagom" dos har en stimulerande effekt på cellemas öllväxt (Burdon, et al. 1989) medans höga respeköve doser av oxidanter (t.ex. väteperoxid) har visats resultera i celldöd (apoptos) (Dypbukt, et al. 1994). Intresant i detta sammanhang är att studier även har visat att öllsats av anöoxidaöva ämnen motverkade PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr3D1998 ^ ^ mognaden av behandlade eeller,vil ket kan tolkas som att de tillsatta antioxidanterna sänkte eellernas nivåerna av reaktivt syre eller "oxi dativa tomis^. Dessa resultat indikerar att cellerna, i vissa faser av utveekling, påverkas av förändringar i balansen mellan reaktivt syre oeh antioxidaöv kapa dtet(Gotgreave^Gerdes,1998). Mycket tyder på att skador i musku laturen efter överträning har sitt ursprung i ämnen som frisätts från cellerna p g a . mekanisk stress (främst excentriskt arbete) och/eller stress i ämnesomsättningen (meta bolst^ss)(Pyne,1994). Överansträngning av skelettmuskn latur har påvisat omfattande struk turella förändringar! skelettmusku laturens morfologi bl.a. skador i muskelfibrernas sarcomerer och z band (Friden ^c l^ieber, 1992) som även samvarierar med träningsvärk, svullnad, stelhelt(Miles^Glarkson, 1994), infiltration av immuneeller (Round^^ones, 1987) oeh minskad prestationsförmåga (Glarkson, et al. Vid metabol överansträngning kan reaktivt syre genereras från stör ningar i mitokondriema oeh från xanthindehydrogenas/xanthinoxi das-systemet, vilket leder till frisättning av ämnen som lockar imm mxuxeeller till muskulaturen. Ett antal exprimentiella studier har indirekt visat att ökad uppkomst reaktivt syre från X^/XDH oeh immxmeeller är den direkta orsaken bakom vävnadsskada vid metabol stress, vilket öll stor del går att mot verka genom att inhibera aktivering av X(^/XDH med enzymhämmare (Garden ^Korthuis, 1989). Inflammation i muskelvävnad är doek en faktor bakom vävnadens degenere ring men oekså en förutsättning för vävnadens regenerering, via frisätt ning av reakövt syre, proteolytiska oeh lipolytiska enzymer samt till växtfaktorer(Pyne,1994) Upplösning av eellkärnor (nuclear death) och programerad eelldöd (apoptos) p.g.a. minskad uppkomst avoxidaövstress vid inaktivitet är det orsaken bakom muskelatrofi^ Förlust av muskelmassa (fig. 4), vil Oxidativ stress Nedbrytning f%g«r 3. Ezperzmerzfzeffa sfWier fzar uisaf aff mognad ocfz afueckfing au ceffer W^z. påoerkas ar de» oxidafiua stressens om/izffmrig ocfz nzuaema au anfzozidanfer inom ceffenema. Opfimaf z^ppkomsf au ozidafiu stress (1) fzar posifiu e^ekf pJ ceffens afueckfing. Mycket sfor (2) oc/z myckef fzfen (3) appkomsf au ozidaffu stress nar negaffua e^ekfer /Ör ceffens /ankfion och afueckfing. HypertrotI AtroG % Fysisk träning 3) # figar 4. Skefetfmaski/fafwrens sforfek (fuårsnzffsarean) kan minska (afro/%) uåf ^/szk znakfiuifef ocfz öka (Tiyperfro/i) uäf fnfnzng. Vid af ro/% /inns feorier aff fzefa maskefceffer dör (apoptos, e/ i /igår) ocfi / effer aft maskeZcefZemas fudfrsnif fsarea minskar pg^z./Örfifsfer au en zfef au ceffens ceffk^fmor ("nacfgar åeafVz", 3), proteiner ocfz nYfska. f bägge /izffen /inns åef mycket som fyåer på aff akfiuerzng au profeznneåfzryzamfe enzymer (bf.a. caspaser) figger bakom apopfos effer "nza:Zear åeaf/z" (ceffkgmur som <Yr på uög aff appZösas / /ragmenferas #r gråskaggazfe). Akfiuerzng (1) oc/% sammansmåZtning au safefZzfcefZ in fiff maskefceff (2) gr en feorz bakom mekanismer/Ör Zzypertro/z genom ökaå k&nsfzg&ef /Ör akfiuering au gener ocfi ökad profefnsynfes uzzf ^sisk frdfning. Akffuerzng au safeffifceffer, se^igwr 5. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk I d r o t t s f o r s k n i n g n r 3 D 1 9 9 8 ket har samhand med redueerad muskelstyrka ^hmktion, sker mycket snahbt vid fysisk inaktivitet oeh medför förluster både samhällseko nomiskt oeh för individens livskvali Djurstudier har exempelvis visat att tvärsnittsarean av skelettmuskelfi brer minskade 35^ efter 8 dagars immobilisering(Apell, etal. 1997). Studier på människa i viktlöshet, visade att tvärsnittsarean minskade med 11-24^ efter endast fem dagar i rymden (Booth^Gris^vell, 1997) Mekanismerna bakom minskad muskelmassa vid fysisk inaktivitet är i dag oklara. Teorier har framförts vilka föreslår en ökad aktivering av proteinnedbrytande enzymer (Me dina^ et aL 1991) samtidigt med min skad proteinuppbyggnad vid mus kelatrofi(Booth^Gris^ell,1997) Andra har föreslagit att nedregle ^ ^ i rymden (Allén, et aL 1997) oeh vid reduköon i neuromuskxxlär aktivie ^ing (Day, et al. 1995). Allén oeh medarbetare (1997) föreslog att upplösxxing av en del av populaöonen av eellkämor ^nuelear death^) inom en muskelcell snarare än apoptos (^eell death^) är en bakomliggande orsak öll muskelatrofi (tig. 4). Mekanis Vid ett antal sjukdomar som oaneer, merna bakom ^nuelear death^alter HIV^AIDS, reumatism oeh neuro^ nativt apoptos i skelettmuskulatur degenerativa sjukdomar, verkar har inte tidigare studerats. doek regleringen^kontrollen av apoptos störd (Del^ong, 1998). ring av antalet cellkärnor (nuelear death) oeh heller apoptos (program merad eelldöd) är orsaker bakom muskeatrofi (Allén, et al 1995) Apoptos har en mycket viktig roll i vävnadernas naturliga utveckling, differentiering och homeostas (Del^ong,1998) Ett antal studier visar att en speeiell typ av proteinspjälkande enzymer, s.k. easpaser, har en eentral roll i induktionen av apoptos. Dessa cas påser är en familj av olika enzymer (eystein proteaser), som klyver pep öder^proteiner med hög känslighet. Gäspas 3 är ett av dessa enzymer På senare tid har djurstudier visat som känner igen peptid sekvensen att skelettmuskeleellernas cellkärnor Asp Glu Val Asp oeh kan degradera kanminskaiantal vid extrema situ ett antal olika proteiner. Detta kan ationer, främst visat vid kort vistelse leda öll att signaler för tillväxt (se Apoptos i skelettm^iskulaturen har främst satts i samband med neuro muskulära sjukdomar, där man med exxkla immunohistokemiska analy ser har visat att apoptotiska protei ner förekommer i vävnadssnitt (Te^s^Goebel,1997) Bifden fiZZ häger uisar resaffafef au öuerfränmg. Def är arfikef/Ör/af fårens ^)f e/ter en Zängre fiås äuerfränzng, uifkef kosfaäe fre operationer och fre år au zåroffskarriärenZ På stora biZden är Michaef Suensson (969) äfer på fäufzngsbanan. 1500 m uäf VM i Tokyo 1991. På bilden syns bf a Noereåine Morcefi (uärfasmäsfare 1991,1993,1995, OS la 1996, (&ruarande uärfdsrekoråhåffare på 1500 m), Sfeue Cram (dåuara?aze rxärZåsrekoråhåZZare på 1 miZe mm), Peter Rono (OS la 1988), Saåf Auifa (/W uärZåsrekoraTzåZZare och OS-mäsfare mm). PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning n r 3 D 1 9 9 8 Ulrika ^VidegrexxsartikeD^stäx^gsav^ samt även att Dl^A klipps söxxder vilket leder oavkortat till apoptos. ^edaxx exx tid har vi studerat xnoleky lära mekarxismer bakom aktiviering aveaspas-3ihumanxnuskelvävxxad. Vi har xxylxgeniett arbete upptäekt att skelettxnuskulaturex^ innehåller easpas-3oeheaspas9(13urgess,etal. Vidare visade vi att eytokrom-e inte kunde starta aktivering av befix^tligt easpas-3 i muskelvävandexx, vilket indikerar att skelettmuskulaturen är utrustad med något skyddssystem motinduktioxxavapoptosB^nuclear death^äxxvadmanfunnitikartlagda eellerfrårraxxdra vävnadstyper. luppföljax^de experiment xxpptäckte vi att skelettmuskulaturexx saknar ett viktigt aktiverix^gsprotein(APAF-l, apoptotieproteaseaetivatingfaetor 1) för caspas3, vilket kax^ vara en viktig faktor till att eytoehrom-eixxte kunde aktivera easpas-3. Tidigare studier har visat att frisättning av eytokromefrånmitokondrierna är en viktig faktor för aktiverixxg av easpas3oeh apoptos. Detförefallerlogisktattmuskeleel lerna har väl utvecklade skyddssys tern för att uxxvika att apoptos sker genom eytokrom-e frisättning, vilket i s å fall skulle kuxma ske vid hård fysisk träxuxxgdå skelettmuskulaturens mitokondrier kan skadas. Gaspas-3förekommerxxormalt bundet till mitokox^driernas yttermem braxxiinaktiv form. Frisättnixxg oeh aktivering av easpas3skyddas bl.a. av G^fi inom cellerna. ^ömnln^av^^ En studie på människa visade att nivåerna av GSUiskelettmuskula turen minskade xned 5 ^ vid fysisk inaktivitet (ITammarqvist, et al. 199^) vilket kantolkassomom att uppkomstexx av reaktivt syre har redueerats, p.g.a. mxxxskad syreBex^ergioxnsättnixxg vid fysisk inakti vitet vilket därigenom leder till ett minskat behov av antioxxdaxxter.Det kantänkas att organismen egex^tli gerr är anpassad för fysisk aktivitet oehdärigexxomexxkoxxtinuerligxxpp komst av reaktivt syre som stimule rar eellerna att upprätthålla höga xuvåer av G^H.l^åga nivåer av G^fT har som tidigare nämxxts sambaxxd med indx^ktion av apoptos (l^uttke^ 1^ Gytokiner^ lipidpero^ider^ reaktivt ^yre^ tillväxtfaktorer 2) Aktiverad satellitcell Satellitcell (modercell) Inaktiv satellitcell A k t i v e r a d satellitcell som fuserar m e d muskelfiber alternativt u n d e r g å r apoptos Figar 5. SafeZZifcefZer meå en ceffkäma är uzfarafe omogna maskeZceZZer (modercefZ), som kan sfimaZeras (au bZ^z. reakzruf syre, Zzpzäperozzzzer, cyfokzner) fzff cefZäeZnzng fnrzan akffuerad safeZZzfceZZ snzäfter zn z närfzggande maskeZ/iiber. Pä zfefra säff kan mifskeZ/zbremas anfaZ au cefZkämur och DNA öka uzfkef anåerfäffar eff äkaf sfzmafz (uza mRNA) /ör profeznsynfes må /ysisk träning. Sandström, 1994) vilket stärker våra hypoteser kring sambanden mellan akövering av caspas-3 och muskelaKommande studier gällande caspasakövering i human skelettmuskulatur vid fysisk inakövitet kommer förhoppningsvis att frambringa mer kunskap om mekanismerna bakom "nuclear deatlx" och/eller apoptos vid muskelatrofl Oxidativ stress Ar oxidaöv stress förutsättning för akövering av satellitceller, ökad proteinsyntes i skelettmuskulaturen och ökad muskelstyrka vid ökad fysisk belastning? Resultat från djurstudier visar att antalet cellkärnor inom en muskelcell kan öka i samband med ökad belastning av muskelvävnaden (AHen, et al. 1995) och minska vid fysisk inaktivitet (AHen, et al. 1996). Det har även visats att ökning av antalet cellkärnor inom en muskelfiber genom akövering och fusion av satellitceller in öll muskelcellerna (se Fig. 4) är en förutsättning för hyperö-ofi (Rosenblatt, et al. 1994). nas celldelning, akövering och senare fusion med muskelceller är i dag oklara, men experimenöella studier indikerar att både cytokiner (se arökel av Christer Malm) och lipidperoxider är viktiga signalämnen öll satellitcellema (fig. 5). Frisättning cytokiner och lipidperoxider kan i sin tur öll stor del härledas öll föregående oxidaöv stress vid hårt fysiskt arbete (Sjödin, et aL 1990). Reglering av muskelfibremas volym genom dynamiska förändringar i antalet cellkärnor och därigenom förändringar i tillgängligt genetiskt material (DNA) för RNA transkripöon, som i sin tur direkt påverkar proteinsyntesen, är en attraktiv Hur satellitcellema aktiveras vid träning samt om/hur cellkärnor inom muskelcellen nedregleras vid fysisk inakövitet är viköga frågor för framtidens idrottsforskning för att förklara träningseffekter och effekter av frånvaro av fysisk träning. Referenser Referenslista kan beställas från Centrum for Idrottsforskning, tel. 08-402 2254, fax 08-21 44 94. Mekanismerna bakom satellitceller- PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor -azr Svensk I d r o t t s f o r s k n i n g n r 3 D 1 9 9 8 Mjölksyra och uttröttning Alla har upplevt känslan av hur benen rör sig långsammare och kraften avtar vid maximal ansträngning. Normalt förknippas detta med mjölksyra. Nya fynd talar emot ett direkt samband mellan mjölksyra och uttröttning och hypotesen har ifrågasatts av många forskare. I den hår artikeln skall jag försöka belysa orsaken till varför mjölksyra bildas och vilka kopplingar som finns till uttröttning. • • • Redan för nära 200 år sedan rapporterade Berzelius, en av Sveriges främsta kemister genom ödema och grundare av embryot öll Karolinska insötutet, att halten av mjölksyra i muskulaturen var relaterad öll graden av ansträngning. Som vanligt är dock de fysiologiska sambanden mer komplexa (och därmed mer intressanta), än vad man från början antog. Vad är mjölksyra? Mjölksyra bildas vid sönderdelning av glukos (druvsocker) xmder samtidig energifrisättning. Processen kallas för glykolys och involverar 11 stycken olika enzymsteg. Knappt hälften av den frigjorda energin kan tillvaratas som högenergirika fosforföreningar (ATP) och därmed utnyttjas öll muskelarbete medan resten leder till värmeutveckling. Glukos kan anöngen tas upp av muskeln från blodbanan eller härröra från muskelns förråd av glykogen som är en lagringsform av glukos. Vid arbete bildas mjölksyran genom nedfaytning av muskelns glykogen, som är en snabbare väg än upptag och nedbrytning av blodglukos. Mjölksyra (HLa) är i kroppsvätskorna uppspjälkad i laktat (La) och vätejoner (H+). HLa - > La + H+ Koncentraöonen av H+ anger surhetsgraden och mäts som p H värde där neutralt p H är ca 7,0. Vid hårt arbete ansamlas mjölksyra och muskelns laktatlialt och surhetsgrad ökar (ger en sänkning av pH-värdet). Ansamlingen av laktat leder öll att muskelns vattenhalt ökar men utgör annars inget större problem for muskelfunktionen En ökad halt av H+ leder bLa. öll att enzymemas akövitet förändras och bindning av calci- Kent Sahlin Institutionen för Fysiologi och Farmakologi, Karolinska Institutet Institutionen för Humanbiologi, Idrottshögskolan um (Ca++) och magnesium öll proteiner försvåras. Därmed påverkas inånga biokemiska processer och cellfunköoner. Trots att den ökade halten av vätejoner är "boven" mäter man normalt bara laktathalten. Orsaken är att det är analystekniskt enklare att mäta laktat, samt att p H påverkas av andra faktorer än mjölksyra och dessutom är mindre stabilt. Varför bildas mjölksyra? Vid arbete täcks energikravet av aeroba (syreberoende) och anaeroba processer. De anaeroba processerna utgörs framförallt av mjölksyrabudning och nedbrytning av kreaönfosfat Vid de flesta typer av arbete kommer den övervägande delen av energiförsörjningen från de aeroba processerna. De anaeroba processerna är ej beroende av syre och kan leverera energi snabbare än de aeroba processerna. De anaeroba processerna är därför viktiga för energiförsörjningen vid syrebrist, vid korta explosiva aköviteter samt i början av ett arbete innan de aeroba processerna har kommit igång. Mjölksyrabildning är således nödvändigt för att säkerställa energikravet vid vissa typer av idrotter. Att ha en hög kapacitet för mjölksyrabildning är också en fördel inom explosiva idrotter. En annan positiv konsekvens av att mjölksyra ansamlas är att transporten av syre från kapillären Öll muskelcellen underlättas (högerförskjutning av hemoglobinets disociaöonskm-va). Mjölksyra bildas emelleröd även vid submaximalt arbete (arbetsbelastningar som är lägre än max VO2) trots att energikravet är lägre än vad som kan tillgodoses av de aeroba processerna. Förklaringen öll detta är mer komplicerad och har varit och är fortfarande under livlig diskussion Begreppet anaerob tröskel ger upphov öll höga adrenalinhalter hos en del forskare inom fältet eftersom man ifrågasätter förekomsten av både anaerobt Öllstånd och tröskeL En viss samstämmighet råder dock om att laktalbildning vid submaximalt arbete är en konsekvens av den aeroba metabolismen reglering. Faktorer av betydelse for laktatbildningen vid siibrnaximalt arbete är muskelns aeroba potential; syretensionen; rekryteringen av snabba muskelfibrer; stressnivå; muskelns glykogenhalt. Utrymmet medger ej en mer detaljerad redogörelse av dessa komplicerade samband. Genom att analysera blodets laktathalt vid stegvis ökande belastning kan man bestämma vid vilken arbetsintensitet man når en viss laktathalt (laktattröskel eller OBLA intensitet). Vid aerob träning sker en minskning av blodlaktat vid given submaxinxal belastning. Denna förändring är intimt kopplat till en ökad uöiållighet och förklarar varför bestämning av laktattröskeln är ett vikögt instrument att mäta effekten av träning. Den bakomliggande teoretiska förklaringen är att aerob träning ökar muskelns mitokondrietäthet och därmed muskelns aeroba potenöal, som är en vikög parameter för laktatbildningens reglering. Vad händer vid uttröttning? Vid intensivt fysiskt arbete sker tre förändringar i muskelfunktionen: PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 « 1998 -)%=- fram/Ör aZZf uiä korfDarzga, znfensiua arbefen på en fiZZ fuå mznafer, biZåas m/äZksyra. En Tnarkanf äknzng au uäfe/oner är "bouen" bakom mzvskeZns /Örsämrade arbefs/i!irmåga. Foto Francisco Aiarfinez. minskad kraft, långsammare forkortningshasöghet och långsammare relaxaöon (avslappning efter kontraktion). Även det centrala nervsystemet påverkas genom att bl.a. smärta och obehag (delvis en konsekvens av mjölksyra) leder öll en minskad motivation och en minskad neurogen aktivering av muskulatuDen försämrade prestaöonen vid uttröttning är en konsekvens av dessa förändringar i muskelfunköonen. Vid muskelarbete är den utvecklade effekten produkten mellan kraft och förkortningshastighet. Om båda faktorerna försämras med 50% blir utvecklad effekt endast 25% av den ursprungliga. Den långsammare relaxaöonen har stor betydelse vid snabba repeööva arbeten En långsam relaxaöon kan ge en kvar- stående kraft i antagonisten som motverkar antagonisten och därmed försämrar muskelns kraftutveckling. Vid sprinterlöpning är den maximala stegfrekvensen oftast över fem steg per s vilket motsvarar 200 ms per stegcykeL Tiden för att kraften skall minska Öll hälften ökar från ca 60 ms i en fräsch muskel öll över 120 ms i en trött muskel (Sjöholm et aL 1983) och är därför en kritisk faktor för prestaöonen vid snabba rusher En långsammare relaxaöon förändrar inte bara muskelkraften utan innebär sannolikt också att tekniken vid komplexa rörelser försämras och att den mekaniska verkningsgraden (kvoten mellan utvecklad effekt och energiförbrukning) minskar. En långsammare relaxaöon är således en kriösk faktor inom både sprint- och medeldistanslöpning och teknikidrotter (t.ex. fotboll och ishockey). Mjölksyra och uttröttning. Kortvarigt högintensivt arbete: Kopplingen mellan mjölksyrabildning och uttröttning är komplex och kan ske på olika nivåer (se Figur 1). Som nämnts ovan är det försurningen som är "boven". Förändringen av muskelns pH värde vid givet arbete är beroende av muskelns kvalitet (aerob potenöal, fibersammansättning, buffertkapacitet, halt av laktattransportörer) och kvanötet (arbetande muskelmassa). En hög aerob potenöal minskar mjölksyrabildningen genom att en större andel av energin kan öllgodoses aerobt. En stor muskelmassa ökar distribu- PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor ter Svensk Idrottsforskning nr 3 » 1998 tionsvolymen för mjölksyra och ger vid given produktion en lägre halt i den arbetande muskelfibem. En ökad transport av bildad mjölksyra öll blod minskar muskelhalten och är således en fördel vid hårt arbete. Vid ett maximalt arbete av en duration på fem min har man beräknat att ca 10-30 % av producerad laktat lämnar muskeln. Vid längre arbetsöder kommer proportionen av bildad laktat som lämnar muskeln att öka. Faktorer som ökar utflödet av mjölksyra är högt muskelblodflöde, hög kapillärtäthet, hög halt av laktattransportörer i cellmembranet samt stor koncentraöonsskillnad av mjölksyra mellan muskel och blod. Ba/jfrzng. Vid bildning av mjölksyra bildas lika stor mängd laktat och H+. Den största delen av H+ kommer dock att bindas upp av proteiner och fosfaööreningar (sJk. bnffring). Den delen av H^ som buffras orsakar inga problem utan det är den fria mängden H+ (mäts som pH-värde) som påverkar mtxskelfunköonen. Vi har ödigare kunnat visa att den muskulära fjxiffertkapaciteten är knappt 20% högre hos anaerobt tränade individer än hos en grupp otränade (Sahlin & Henriksson 1984). Försurningen av muskeln är proporöonell mot ansamlingen av laktat. Detta innebär att den tränade individen kan bilda ca 20% mer laktat innan pH sjunker öll en viss given nivå. Vid uHmttning minskar muskelns pH värde öll 6.5 vilket innebär att halten av H+ har ökat ca tre ggr. Koncentrationen av laktat ökar till 20-30 mmol/1 vilket motsvarar en ökning med ca 20 ggr. SAMBANDET MJÖLKSYRA - UTTRÖTTNING Hårt arbete Aerob och anaerob energiproduktion Muskelns halt av kreatinfosfat Muskelns halt av fosfat | Produktion av mjölksyra minskar vid hög aerob potential t Ansamling av mjölksyra i muskel minskar vid stor arbetande mu@kelmassa minskar vid transport av HLa till blod Frisättning av Muskelns surhetsgrad ökar motverkas av muskelns buffnno Hämning av muskelkontraktion FOrkoMntnoshaeöghet ^ Relaxaöon ^ A. Hämning av energiproduktionen B. Smärta och obehag Uttröttning C. Hyperventilering o andfåddhet Central trötthet motivation , ochddve v Figur 1. Schemafisk WZå som uisar sambanden meZZan fnfånfng (ru m/öZksyn% och afWftnzng. Kra/fneågång och m/äfksyra. Försurningen av muskulaturen kan orsaka ning av pH ej leder öll kraftnxinskuttröttning via en direkt påverkan ning om temperaturen bibehålls på pä de kontraktila proteinerna. en fysiologisk nivå (Westerblad et al Tidigare försök in vitro (provrörsförsök) har visat att lågt pH minskade bindningen av Ca"^" öll de kon- Detta talar emot en direkt koppling traktila proteinerna och man har på mellan mjölksyra och minskad musisolerade muskelfibrer också kunnat kelkraft. Kraftnedgången är snarare visa att muskelkraften minskade en trolig följd av ökad fosfathalt, minskad Msättning av Ca++ , och (Allén et al 1995). någon faktor relaterad öll energiVåra egna studier på människa har brist (AHen at al. 1995). dock visat att xmder äterfiämtningsfasen är muskelkraften i stort sätt Långsammare reZazation och m/öfksyra. normal trots att muskelns pH värde Djurförsök har visat att den långär lika lågt som vid uttröttning sammare relaxaöonen som sker vid uttröttning efter högintensivt arbete (Sahlin & Ren 1989). Senare försök på isolerade muskel- i alla fall delvis orsakas av muskelns fibrer har också visat att en minsk- föKiiming (Westerblad et ak 1997, Allén et al. 1995). Försök på människa har dock visat att normaliseringen av relaxaöonen sker betydligt snabbare än av muskelns pH-värde (Sjöholm et al 1983). Dessutom har man visat att paöenter som ej kan bilda mjölksyra p.g.a. en enzymdefekt uppvisar en förlängning av relaxaöonen vid arbete. Det är möjligt att den långsammare relaxationen orsakas av en kombinaöon mellan mjölksyra och någon faktor relaterad öll energibrist (se nedan). Långsammare /x^korfningsZzasrighet och m/öZksyra. Försök på isolerade muskelfibrer har visat att en försurning av muskeln ej nämnvärt påverkar muskelns forkortningshasöghet för- PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk I d r o t t s f o r s k n i n g nr 3 • 1998 - t e * utsatt att temperaturen bibehålles på en fysiologisk nivå (Westerblad et al 1997). Humanförsök saknas pga svårigheter att finna en adekvat försöksmodell löphasöghet kan bibehållas utan att muskelglykogenet förbrukas genom mjölksyrabildning. M/#Zksyra, energibrist och afirOMning. Från provrörsförsök vet man sedan lång ö d öllbaka att flera nyckelenz y m i energiproduktionen har en lägre akövitet v i d hög surhetsgrad. BLa. påverkas enzym involverade i glykolysen vilket sannolikt leder ö l l bromsad mjölksyrabildning och därmed sekundärt ö l l energibrist. Som framgår av ovan är sambandet mellan mjölksyra och u t t r ö t t n i n g komplext. Figur 1 är ett försök att sammanfatta dessa samband. Djurförsök har också visat att mitokondriefunktionen påverkas negaö v t vilket torde leda ö l l en minskad aerob energiproduköon. För närvarande har vår forskningsgrupp ett pågående projekt där v i m e d n y metodik (se Tonkonogi denna ö d skrift) avser att undersöka denna hypotes. Ansamlingen av mjölksyra är också relaterad ö l l energibrist genom att nedbrytningen av kreaönfosfat ökar. Under arbete föreligger ett samband mellan muskelns halt av laktat och kreaönfosfat delvis beroende av kreaönkinasjämviktens p H beroende. Sammanfattningsvis visar både djurförsök och humanförsök att faktorer relaterade ö l l en energibristsituation sannolikt är involverade både vad gäller nedgången av kraft, långsammare relaxaöon och långsammare förkortningshastighet (Allén et a l 1995, Sahlin & Ren 1989, Sjöholm et a l 1983, Westerblad et al. Långvarigt s u b m a x i m a l t arbete: Mjölksyra bildas genom nedbrytning av muskelns förråd av glykogen och v i d långvarigt arbete transporteras den största delen av bildad mjölksyra ut ö l l blodet där övriga vävnader k a n o m v a n d l a / u t n y t t j a mjölksyra som bränsle. För d e n arbetande muskeln är detta ett dåligt sätt att utnyttja energin lagrad i glykogen genom att den erhållna energimängden endast är ca 8% av den som erhålles o m motsvarande m ä n g d bränsle utnyttjas aerobt. Konsekvensen blir att muskelglykogen minskar snabbt vilket leder ö l l en snabbare uttröttning. Sambandet mellan hög tröskelintensitet (mjölksyra ansamlas i blod först vid en hög löphastighet) och hög uthållighet kan delvis förklaras av att en högre Avslutning De experimentella beläggen for att mjölksyra via en försirming har en direkt hämmande effekt på muskelkontraktionen är svaga och flera f y n d talar emot denna direkta koppling. Däremot finns det mycket som talar för att en ökad muskelhalt av mjölksyra hämmar energiproduköonen och därmed indirekt via någon faktor relaterad ö l l energibrist orsakar u t t r ö t t n i n g . A n s a m l i n g av mjölksyra leder också ö l l andra förändringar (smärta, obehag och andfåddhet) som via central trötthet kan påverka prestaöonen negaövt. Utan tvekan kommer mjölksyra att fortsätta vara i fokus för diskussionen om uttmttning. Vår kunskap om mekanismen Öll uttröttning har ökat betydligt under de senaste öo åren m e n många pusselbitar återstår. Fortsatt forskning både på isolerade muskelfibrer och på människa behövs för att komma vidare. De egna studierna, som refereras i arökeln har kunnat genomföras tack vare ekonomiskt stöd från Centrum för I d i u l W o i s k n i n g . Referenser AHen, D.G., Lännergren, J. & Westerblad, H. Muscle cell function during prolonged activity: cellulär mechanisms of fatigue. Exp. PhysioL 80:497-627,1995. Sahlin, K. & Henriksson, J. Buffer capacity and lactatc accumulation in skeletal muscle of trained and untrained men. Acta Physiol. Scand. 122331-339,1984. Sahlin, K. & Ren, J.M. Relaöonship of contraction capacity to metabolic changes during recovery from a faöguing contracdon. J. Appl. Physiol. 67:648-654,1989. Sjöholm, H., Sahlin, K. Edström, L & Hultman, E. Quantitativc estimation of anaerobic and oxidadvc energy metabolism and contracöon charcctcristics in intact human muscle in response to electrical sömulation. din. PhysioL 3227-239,1983. Westerblad, H., Bruton, JD. & Lännergren,). The effect of intracellular pH on contractile function of intact, single fibres of mousc muscle declines with increasing temperature. J. PhysioL 500:193-204,1997. Vill du ha e t t eget exemplar av Svensk Idrottsforskning? Då ska du prenumerera! Det gör du enklast genom att satta in 100 kr på postgiro 95 41 58-2. Mottagare är Karolinska Institutet. Ange på inbetalningskortet kst 218. proj 2150. konto 3601 Du kan också kontakta CIF direkt på telefon 08-402 22 00, fax 08-21 44 94 eller ePost [email protected] Svensk Idrottsforskning utkommer med fyra nummer per år PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 * 1998 Muskulaturens förmåga att utnyttja syre är avgörande för prestation och hälsa När man pratar om "andning" menar man oftast dess makroskopiska aspekt eller, med andra ord, upptag av syre och frisåttning av koldioxid i lungorna. Men andning har också en mikroskopisk aspekt (så kallad cellandning) dvs de molekylåra processer på cellnivå där syre utnyttjas för oxidation av organiska födoämnen och därigenom energiproduktion. Hos flercelliga organismer, däribland människan, sker oxidation av födoämnen i specialiserade delar av cellen som kallas mitokondrier (Fig. 1). • • • Den energi som frigörs när näringsämnen oxideras i mitokondrier med hjälp av syre lagras sedan i form av adenosin trifosfat (ATP). Även den här processen, som kallas oxidativ fosforylering, sker i cellens mitokondrier. Mitokondrier fungerar alltså som cellens egna kraftverk, där födoämnenas energi omvandlas till en form (ATP) som gör den tillgänglig för alla energikrävande biokemiska processer i en levande cell. Följande exempel kan ge en uppfattning om vilken betydelse mitokondriell oxidativ fosforylering har for kroppens energimetabolism. En vuxen man som väger 70 kg förbrukar ca 2800 kcal per dygn För att täcka sådan energiförbrukning behövs det 190 kg ATP. I hela kroppen finns det bara ca 50 g av ATP vilket innebär att dessa 50 g måste utnyttjas om och om igen. Det måste därför pågå en ständig återuppbyggnad av ATP i cellens mitokondrier. Hastigheten for ATP återuppbyggnaden måste dessutom kunna regleras i ett mycket brett intervall för att kunna möta cellens varierande energibehov. Michail Tonkonogi Institutionen för Fysiologi och Farmakologi, Karolinska Institutet, Idrottshögskolan I arbetande muskulatur kan den mitokondriella ATP produktionen öka upp öll 50 ggr vid högintensivt arbete. En huvudinriktning av forskningen inom vår forskningsgrupp är att undersöka mitokondriemas funktion och anpassning vid fysiskt arbete, vilket även utgör ämnet för mitt doktorandarbete. Muskulär oxidativ potential Det är välkänt att framgång i uthållighetsidrotter är relaterad till hög aerob potential dvs förmågan att förse arbetande musklerna med energi via processer som involverar syre. Dessa processer är, till skillnad från anaerob metabolism, inte associerade med ansamling av slaggprodukter (t. ex. mjölksyra) som inverkar negativt på arbetsförmågan. Maximal syreupptagning (VC^max) är ett klassiskt mått på aerob potential. Test av VOgmax används inom praktiskt taget alla idrottsgrenar, som ställer krav på uthållighet, for att bedöma utövarnas prestationsförmåga. VC^max återspeglar framfor allt hjärtats pumpkapacitet och ger därför en uppfattning om kroppens förmåga att förse den arbetande muskulaturen med syre. En arbetsintensitet som motsvarar eller överstiger VC^max kan inte upprätthållas längre än 10-15 min bLa. p.g.a. ansamling av mjölksyra. Förmågan att arbeta på en hög procentuell andel av VC^max utan ansamling av mjölksyra är av avgörande betydelse for framgång inom många uthållighetsgrenar (t.ex. lång- och medeldistanslöpning, skidåkning m.fl.). Lokal muskulär oxidativ potential har i det här fallet en avgörande betydelse för prestation. En hög muskulär oxidativ Fig. I. Eft/nzgrnenf ao mugAzlDAmad. Mitokondrier syns som Tn^rtore strwtfwrer melLzM myq/zmiflerrwz ock wmfer cellmembranet. Bilden /ramfagen med hjälp ai; eZe#mrimikrostop. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 * 1998 -^te* potential är relaterad till att fler och större mitokondrier finns i de arbetande musklerna och innebär att en hög arbetsintensitet kan upprätthållas utan att anaeroba slagprodukter bildas och ansamlas. Fig. 2. visar sambandet mellan arbetsintensitet och ansamling av blod laktat hos två individer med samma VC^max men olika muskulär oxidaöv potential. En långdistanslöpare som kan utnyttja en arbetsintensitet >90% av VC^max utan att mjölksyra ansamlas i vävnaderna har en klar fördel jämfört med en löpare som har samma VC^max men endast kan utnyttja 75% av VC^max. Fysiskt aktiva personer ("normaltränade") kan genom uthållighetsträning öka sin VC^max med 1520% (Gollnick & Saltin 1982). För vältränade atleter är det mycket svårt eller omöjligt att ytterligare öka sin VC^max. Muskulär oxidativ potential är dock betydligt mer labil och när denna mäts som aktiviteten på oxidativa enzymer har man efter bara 6-veckors uthållighetsträning träning noterat ökningar på upp öll 80% (Wibom et al. 1992). Beräkningar, baserade på djurstudier, tyder också på att även våra bästa eliödrottare har muskulär oxidaöv potential som motsvarar ungefär hälften eller kanske två tredjedelar av den teoretiskt möjliga (Henriksson & Hickner 1994). Eliödrotts-män med mångårig träningsbakgrund kanske därför i högre grad borde inrikta sin träning på förbättring av lokal aerob potenöal. Lång-varigt arbete med moderat intensitet (distans träning), som har haft en stark tradiöon inom bl a svensk längdskidåkning (Holmberg 1998) och långdistanslöpning (Svensson, pers. kom.), och som ofta utgör en stor del av träningsvolymen i uthållighetsgrenar har endast en marginell inverkan på lokal aerob potenöaL Vid högre arbetsintensitet ökar den aeroba träningseffekten på muskelnivå. En förklaring öll detta kan vara att en större andel av muskelöbrema aköveras och att graden av lokal hypoxi ökar när arbetsintensiteten ökar. Problemet med att hålla en hög arbetsintensitet vid träning med relaövt stora muskel grupper (löpning, skidåkning) är att träningsöden blir relaövt kort p.g.a. uttröttning och att träningseffekten därigenom ej blir opömal låg mitokondriell potential hog mitokondriell potential 14 12 2 10 8 84 E 6 4 2 0 0 25 50 75 Procent av VOgmax fig. 2. Sambandet yneffan aTisamfing av WodlaÄdat oc/z refatn; arbefsfntensitef nos fW indimder med samma y027naz men ofika mwstulär oxidatfo potential. Altemaövet kan vara att träna små muskelgrupper med ganska hög intensitet under lång öd. Hjärtat skulle/ i det här fallet, kunna förse arbetande muskler med adekvat mängd syre och de lokala aeroba mekanismerna skxille kunna stressas maximalt. Altemaövt kan träningen bedrivas intermittent med korta arbetspass. Tidigare undersökningar r^ ADP+Kreatln 5 i*SS i t i! Fig. 3. AW e#ett ar Wngoarigt medefznknsfot respekhne korfoarigt /zögfnfensiiTf uffrOftande arbete pd miictondneff syre^rbmtnfng. Mifokondnefl respirafion analyserades pd mws&el/zbrer ddfr cellmembranet g/orfs permeabeff. MusWprooema liar er/zdflib med ndBnopsifetnik. Mifotondrier stfmnlerades med ADP eller med ADP pf%s ÄTgatm. Sfatististt sdAers^M/iWndnngydän/xM med mla kar marJkerats med *. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 • 1998 har fr. a. fokuserats på att följa hur oxidaöva enzymer och kapillärtäthet förändras vid träning. Anpassningen av mitokondriefunköonen Öll olika former av träning kan vara betydelsefull för att avgöra träningsopömeringen. Akuta effekter av arbete För att kunna planera träningsprocessen opömalt behöver man veta vilka akuta effekter olika typer av arbete har på de fysiologiska system man önskar stimulera. Man behöver Lex. veta hur lång öd återhämtningen tar för att kunna planera nästa pass med samma inriktning. Djurförsök (hästar) har visat att den maximala syi^örbriikningen i skelettmuskulaturens mitokondrier minskade med mer än 50% efter högintensivt arbete, men var oförändrad efter långvarigt medelintensivt arbete (Chen & Gollnick 1994; Gollnick et al. 1990). Det är oklart om dessa resultat kan överföras öll människan, eftersom mekanismen bakom sänkningen av aerob funköon efter högintensivt arbete inte är klarlagd. För att kunna undersöka mitokondriefunköonen hos människa i samband med arbete behöver man kunna utföra avancerade analyser på små muskelprov tagna med muskelbiopsiteknik vid upprepade tillfällen Tekniken för detta har inte varit tillgänglig ödigare vilket förklarar varför området är relaövt outforskat. Under de senaste åren har vår forskningsgrupp utvecklat nya och anpassat befintliga metoder för studier av aerob funköon i human skelettmuskel (Tonkonogi & Sahlin 1997; Tonkonogi et al. 1998). En rad försök har genomförts där effekter av arbete med olika intensiteter på mitokondriell funköon har genomförts. Funköonsanalys av mitokondrier från små muskelprover tagna hos friska individer före och omedelbart efter arbete visade bl a att mitokondriemas förmåga att konsumera syre och producera ATP inte påverkades negaövt av vare sig långvarigt eller högintensivt upprepat arbete (Fig. 3). Resultaten visade att mitokondriell syreförbrukning Öll och med ökade &C både efter långvarigt och högintensivt arbete när mitokondriema studerades i närvaro av kreatin. Ett intressant fynd var att kreaön visade sig förstärka sömuleringen av oxidaöv fosforylering med ADP (en nedbrytningsprodukt av ATP) (Tonkonogi et al. 1998). Denna sömulering utgör en fysiologisk mekanism som anpassar mitokondriell ATP produktion öll muskelcellens energibehov. veringen av mitokondriemas energiproduköon kräver ett starkare sömuli (större ökning av ADP) hos aerobt vältränade individer än hos otränade individer (Tonkonogi et a l 1998). Detta kan vara en anpassningsmekanism som förhindrar obalans i ADP-ATP systemet i vilande muskel. Genom samverkan med kreaönfosfat-kreaön systemet upprätthålls adekvat känslighet under arbete (se ovan). Resultaten från ovanstående studier ger svar på om fysiskt arbete orsakar bestående förändringar i mitokondjiefunköorx, som kvarstår när cellens kemiska miljö normaliseras. Detta eftersom analyserna genomfördes i en kemisk miljö vars sammansättning i huvudsak motsvarar den biokemiska miljö som önns i en vilande cell. Det är allmänt känt att aerobt tränade individer har en högre relaöv fettförbränning än otränade individer vid arbete på samma relaöva belastning. Vi har undersökt om aerobt vältränade individer har en högre kapacitet öll fettförbränning per mitokondrie än otränade. Våra resultat visade ingen skillnad på mitokondriemas kvalitet i detta avseende (Tonkonogi & Sahlin 1997). Den högre kapaciteten för fettförbränning beror därför på andra skillnader som en högre muskulär mitokondrietäthet, större kapillärtäthet och kanske variaöoner i substratöllgänglighet. För att kunna studera om ansamling av slaggprodukter (Lex. mjölksyra eller fosfat) orsakar akuta förändringar i mitokondriefunköonen behöver man studera mitokondrierna i en förändrad miljö. I en studie har vi undersökt hur en ökad halt av mjölksyra påverkar mitokondriefunköon Resultaten visade att syreförbrukningen i frånvaro av ADP (endast värmeproduköon) fördubblades i närvaro av mjölksyra. Ett annat intressant fynd var att mitokondriernas maximala energiproduköon var oförändrad om mjölksyra adderades öll aköva (dvs. ATP producerande) mitokondrier medan exposiöon av inaköva mitokondrier for mjölksyra minskade deras kapacitet. Den här skillnaden, som inte ödigare har noterats, innebär att under fysiologiska förhållanden mjölksyra inte påverkar den maximala aeroba energiproduköonen negaövt (Tonkonogi & Sahlin 1998). Långvariga effekter av träning Det är känt sedan länge att uthållighetsträning ger ökad antal och storlek av mitokondrier i muskulaturen och därmed ökad muskulär oxidaöv kapacitet. Det är däremot oklart huruvida dessa kvanötaöva förändringar är associerade med kvalitaöva förändringar i mitokondriell funköon. Våra egna studier har visat att akö- Mitokondriell värmeproduktion Djur som går i dvala och nyfödda bam har en speciell form av fettceller (brunt fett) mellan skulderbladen och runt njurarna. Bruna fettceller har många mitokondrier och cellernas metabolism är mycket hög när de aktiveras. Bruna fettceller använder en mindre del av den frigjorda energin öll oxidaöv fosforylering av ADP öll ATP än andra celler. En större del av energin övergår därför öll värme. Orsaken öll detta är att brun fettvävs mitokondrier innehåller ett speciellt protein (UCP, UnCoupler Protein). Detta proteins funköon är att separera de biokemiska reaköonema som bryter ner födoämnen från de som producerar ATP. Brunt fett är mycket viktigt för reglering av kroppstemperatur hos nyfödda bam men det saknas hos vuxna människor. Man har ödigare trott att UCP är specifikt för brun fettvävnad och inte återfinns i andra cellers mitokondrier. Men för ungefär ett år sedan upptäckte man två nya mitokondriella proteiner som öll sin struktur liknar UCP, men som även önns i muskelceller (Boss et al. 1997; Fleury et ak 1997; Gimeno et aL 1997; Vidal-Puig et aL 1997). PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor -3=r Svensk Idrottsforskning nr 3 . 1998 Under de senaste åren har man också kunnat påvisa att en del av muskulaturens syrekonsumöon inte leder öll att ATP bildas, utan att den energi som frigörs omvandlas öll värme. Endast 50% av det syre som förbrukas av en vilande råthnuskcl användes öll att bilda ATP (Brand et al. 1994). Konsekvensen av detta är att en del av energiintaget försvinner som värme och därför inte lagras i form av fetL Fenomenet kan ha en stor betydelse för regleringen av kroppsvikten genom att kroppens basala ämnesomsättning kan variera. Det är möjligt att de nyupptäckta UCP liknande proteinerna kan ligga bakom dissoåaöoncn mellan muskulärt syreupptag och ATP bildning. Man har t.ex. kunnat visa att skillnader föreligger mellan individer med övervikt och normalvikt i hur dessa proteiner uttrycks i cellen (Nordfors et aL 1998). Ån så länge finns det dock inga entydiga bevis för att dessa proteiner har en funköon som frikopplare (frikoppla syr^örbrukning från ATP bildning). Vi planerar nu att genomföra en studie med syfte att klargöra fnkopplingsproteinemas roll i skelettmuskulatur. Detta kan ge ökad förståelse om mekanismerna bakom utveckling av fetma och möjligen leda Öll utveckling av nya behandlingsmodeller. Eftersom många studier har visat att träning ökar den basala ämnesomsättningen är det möjligt att fysisk akövitet kan påverka graden av mitokondriell frikoppling. Fysisk akövitet skulle därmed kunna motverka övervikt både genom att öka energiförbnikningen och genom att påverka mitokondriemas förbränning vid vila. Mitokondriema har en central roll i muskelcellemas energimetabolism. Deras kapacitet och funköonell status är därför avgörande for fysisk prestaöon, speciellt inom uthållighetskrä vande grenar. Genom att med hjälp av moderna metoder studera akut och långvarigt adaptaöon av muskulära oxidaöva system öll olika typer av fysisk akövitet kan man få fram informaöon som gör det möjligt att opömera träningsmodeller inriktade på utveckling av hög lokal aerob potenöal. Detta är vikögt med tanke på att ökning av muskulär aerob potenöal utgör en av de vikögaste resurserna för förbättring av prestaöonsförmåga inom uthållighetsidrotter, särskilt för idrottsmän och kvinnor med lång träningsbakgrund. Ökad förekomst av sjuklig övervikt är en genomgående trend i alla västländer. Detta medför ofanöiga kostnader för samhälle och lidande för miljoner människor. Ur folkhälsoperspeköv är det därför mycket vikögt att klarlägga fysiologiska mekanismer bakom utvecklingen av fetma och att arbeta fram nya strategier för behandling och prevenöon. Muskulaturen har en avgörande roll i reglering av kroppens energiomsättning. Den har också en fantasösk anpassningsförmåga och är därför lätt att manipulera med hjälp av fysisk aktivitet. Sammantaget är det mycket som talar for att mxiskulaturens mitokondriefunköon utgör ett intressant forskningsfält även i framöden. De egna studierna, som refereras i arökeln har kunnat genomföras tack vare ekonomiskt stcxi från Centrum för Idrottsforskning. Referenser Boss, O., Samcc, S., Paoloni-Giacobino, A., Rossier, C., Dulloo, A., Seydoux, J., Muzzin, P. & Giacobino, J. P. 1997 Uncoupling protein-3: a new member of the mitochondrial carrier family with tissue-spedBc expression. FEBS Lett 408,39-42. Gollnick, P. D. & Saltin, B. 1982 SigniBcance of skeletal muscle oxidative enzyme enhanccment with endurance training. Clin Physiol 2,1-12. Henriksson, J. & Hickner, K. C. 1994 Training-induced adaptations in muscle. In: Oxford textbook of Sports Medidnc (eds. Harris, NL, Williams, C, Michcli, L J.). 27-45. Holmberg, H-C. 1998 Längdskidäkning - ett motoriskt eldorado. Svensk Tdrotsforskning nrl, 40-45. Nordfors, L, Hoffstcdt, J., Nyberg, B., Thöme,A., Amer, P., Schalling,M., Lönnqvist, F. 1998 subjects. Diabetologia 41, in press. Tonkonogi, M. & Sahlin, K. 1997 Råte of oxidative phosphorylation in isolated mitochondria from human skeletal muscle: effect of training status. Acta Physiol Scand 161,345Tonkonogi, M. & Sahlin, K. 1998 Opublicerade data. Tonkonogi M., Harris. B., Sahlin K. 1998 Mitochondrial oxidative function in human saponin-skinncd muscle Bbres: effects of prolonged exercise. Journal of Physiology 510.1, 279-286. Wibom, R., Hultman, E., Johansson, M., Matherei, K., Constandn-Tcodosiu, D. & Schantz, P. G. 1992 AdaptaBon of mitochondrial ATP produetion in human skdetal muscle to endwance training and detraining. J Appl Physiol 73,2004-10. Vidal-Puig, A , Solanes, G, Grujic, D., Flier, J. S. & Lowell, B. B. 1997 UCP3: an uncoupling protein homologue expressed preferendally and abimdantty in skeletal muscle and brown adipose Bssue. Biochem Biophys Res Commun 235,79-82. Brand, M. D., Chien, L. F., Ainscow, E. K., Rolfe, D. P. & Porter, R. K. 1994 The causes and functions of mitochondrial proton leak Biochim Biophys Acta 1187,132-9. Cheix,J. & Gollnick, P D . 1994 Effect of exe^ cise on hexokiixase distribution and mitochondrial respiration in skeletal muscle. PflugeTS Aich 427,257-63. Fleury, C , Neverova, M., Collins, S., Raimbault, S., Champigny, O., LeviMeyrueis, C, Bouillaud, F., Seldin, M. F., Surwit, R. S., Ricquler, D. & Warden, C H. 1997 Uncoupling protem-2: a novel genc linked to obesity and hypcrinsulinemia. Nat Genet 15,269-72. Gimeno, R. E., Dembski, KL, Weng, X., Dcng, N., Shyjan, A W., Gimeno, C. J., Iris, F., Ellis, S. J., Woolf, E. A & Tartaglia, L A 1997 Cloning and characterization of an uncoupling protein homolog: a potential molecular mediator of human thermogenesis. Diabetes 46,9004. Gollnick, P. D., Bertocd, L. A , Kelso, T. B., Witt, E. H. & Hodgson, D. R. 1990 The effect of high-intensity exercise on the respiratory capacity of skeletal muscle. Pflugers Aich 415,407-13. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 • 1998 -täs* Har muskelns enzymaktivitet någon betydelse för maximal syreupptagning? En allmän uppfattning är att det finns en överkapacitet av oxidativa enzymer i muskeln. En uppfattning som baseras på att aktiviteten av dessa enzymer är betydligt högre än det maximala syreupptaget i arbetande muskulatur, men är det verkligen sä? • • • Under hårt arbete som engagerar stora muskelgrupper, t. ex. löpning och cykling, begränsas den maximala syreupptagningen sannolikt av hjärtats förmåga att pumpa ut blod och syre öll arbetande muskulatur och inte av muskulaturens förmåga att ta upp och använda syre (1, 2). Ett bevis för att så är fallet är det faktum att den maximala syreupptagningen under cykelarbete endast ökar marginellt när man lägger öll armarbete, dvs. den arbetande muskelmassan blir större men hjärtat förmår inte att öka hjärtminutvolymen (3). Å andra sidan när maximalt arbete utförs med små muskelgrupper har muskeln ett betydligt högre syreupptag per aköv muskelmassa än vid cykling och löpning (4). öonsväg (5). Exempel på detta är enzymet hexokinas som anses ge ett kvanötaövt mått på muskelns förmåga att utnyttja glukos och enzymet fosfofruktokinas som ger ett mått på kapaciteten i glykolysen. Eva Blomstrand Idrottshögskolan, Stockholm och Institutionen för Fysiologi och Farmakologi, Karolinska Institutet aköviteten av dessa enzymer verkligen kan påverka maximal syreupptagning, dvs. huruvida en hög akövitet ger en hög syreupptagning och tvärtom. En vanlig uppfattning är att muskeln har en överkapacitet av oxidaöva enzymer, en uppfattning som baseras på att aköviteten av de flesta oxidaöva enzymer är betydligt högre än den beräknade maximala syreupptagningen i arbetande muskulatur. Det enzym som anses ge ett kvanötaövt mått på den oxidaöva metabolismen är oxoglutarat dehydrogenas, det enzym som katalyserar omvandlingen av oxoglutarat öll succinyl-CoA i dtronsyracykeln (se Fig. 1). Uöfrån litteraturdata pä maximal syrekonsumöon i olika muskler hos däggdjur, fiskar och insekter har den maximala fluxen i citronsyra cykeln beräknats. Denna har sedan jämförts med den maximala aköviteten av ett flertal enzymer i dtronsyracykeln vilka analyserats i muskelextrakt från samma typ av muskler (Tabell 1). Detta talar för att den centrala cirkulaöonen i detta fall inte begränsar syrekonsumöonen i den arbetande muskeln utan att begränsningen finns i periferin, t. ex. att perfusio- Undersökningar på djur och insekts- Dessa jämförelser visar att oxoglutanen av blod, syrediffusionen eller muskler har emelleröd visat att rat dehydrogenas är det enzym som mitokondriemas respiratoriska ka- endast aköviteten av vissa enzym bäst överensstämmer med den pacitet är otillräcklig. Som ett mått överensstämmer med den beräkna- beräknade maximala fluxen i dtronpå mitokondriemas respiratoriska de maximala fluxen genom en viss syracykeln. Därför är det sannolikt (oxidaöva) kapacitet används ofta given reaköonsväg. Aköviteten av att det enda enzym som kan ge ett aköviteten av olika mitokondriella just dessa enzym skulle därför kvanötaövt mått på fluxen genom dtronsyracykeln och andningskedenzymer. kunna begränsa syreupptagningen jan, dvs. den oxidaöva metabolisoch även ge ett mått på den maxiDet har länge debatterats huruvida mala fluxen genom en viss reak- men (5,6). TABELL 1 Muskel Maximal flux i citronsyracykeln ! Det är emelleröd vikögt att påpeka M a x i m a l enzymaktivitet Honungsbi Gräshoppa Pectoral Hjärta 7.4 Enzymaktivitet i human muskulatur 96 " att mätning av syreupptagning och enzymakövitet inte har gjorts samödigt på samma muskel utan syreupptagningsdata har tagits från litteraturen och enzymakövitet har mätts vid ett annat tillfälle. " Tabell I. /dm/Örelse mellan berdtnad maiimal/Iwz i citronsyracyWn odz enzymaA:tfmfet analyserad i eztro^/ron olik; mus&kr. Ozogfufanzt dgin/dmggmzs (OGDH), cnraf syntas (CS) oc/i isocifnzt gWzyjrogemzs (ICDH) dr (re enzymer i afronsi/rocyWn. Mazimaf /lw% ock maximal enzyma&ffmfet uttryctt som umof mm' e-' ^wsW ma" 25 "C. Fr<fn re/. (6). De första mätningarna av oxoglutarat dehydrogenas i human muskulatur gjordes i en xmdersökning som jämförde den maximala enzymaköviteten i biopsier från lårmuskeln hos olika tränade individer (7). PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 • 1998 Enzymaköviteten var som väntat högst hos de vältränade individerna och lägst hos de otränade. Ett svagt samband erhölls mellan den maximala syreupptagningen uppmätt under löpning och aköviteten av oxoglutarat dehydrogenas i musEn jämförelse mellan maximal syreupptagning och enzymakövitet skulle kunna göras men är inte meningsfull av två anledningar. För det första skulle värdet på syreupptagningen i muskeln inte bli maximalt eftersom syreöllförseln öll arbetande muskulatur under löpning sannolikt begränsas av hjärtats förmåga att pumpa ut blod (se ovan). För det andra vet man inte hur stor den aköva mxiskelmassan är xmder löpning. - t e CITRONSYRACYKELN Pyruvate 1 Acetyl-CoA malate fumarate isocitrate FADH2>-^ succinate Den försöksmodell man skulle önska sig for att kunna ge svar på frågan om muskeln har en överkapadtet av oxidaöva enzymer är en "isolerad" muskel över vilken man kan mäta syreupptagning under maximalt arbete utan att den begränsas av hjärtats förmåga att förse muskeln med syre. Den arbetsmodell som erbjuder detta är s.k. enbens sparkarbete, försökspersonen utfor dynamiskt arbete med ena benet (se Fig. 2) under vilket kontraköonema i huvudsak är begränsade öll den främre lårmuskeln (quadriceps femoris) (8). Med denna modell kan man mäta en enskild muskelgrupps "maximala" syreupptagning, beräkna fluxen i dtronsyracykeln uöfrån denna och relatera dtronsyrafluxen öll aköviteten av olika oxidaöva enzymer. citrate oxaloacetate GTP+CoASH ^z xt OGDHj 2-oxoglutarate NAD+,CoASH succinyl-CoA figur 2. Reatfionema % citronsyracytefn med de a^aeffa enzymsfegen markerade. ENBENS SPARKARBETE Metodik Följande undersökning genomfördes på Center för Muskelforskning i Köpenhamn öllsammans med Göran Rådegran och Bengt Salön (9). Nio försökspersoner genomförde två submaximala arbeten med ena benet och efter ca 30 min vila ett stegvis ökande arbete upp öll maximalt arbete. Katetrar hade lagts i arteria och vena femoralis och blodprover togs vid upprepade öllfällen (samödigt från artär och ven) under dessa arbeten och vid maxarbete. Blodflöde mättes vid upprepade öllfällen i anslutning Öll blodprovstagning. Syreupptagningen över arbetande muskulatur beräknades uö- figur 2. Schematisk bild au enbens sparkartefe, /brsökspersonen ui^r dynamiskt arbete med ena benet nnder mlkef AzmrraÄ^ionema i Izumufsak A" begränsade filZ aen /r#mre Mrmi/skefn C^naif riceps /emoris). Syreupptagning öwr arbetamie mnski^latnr berdtnas uti/rJn arferumends di^erens i gyremzieWll miilrfpficeraf med bW/We. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 * 1998 -y&r figur 3. försöksperson innan /örsdkefs bör/an, arMr oclz renknfetrar ar inlagda oc/z elektroder )5r /i/ärf/rekvensm^tning pd plats. från skillnaden i syreirmehåll i arteria och vena femoralis mulöplicerat med blodflödet. nades med hjälp av uppgiften att muskelns densitet är 1.04 kg 1' hos unga friska individer (se 9). och en syreupptagning på 845 ml min' eller 353 ml min' kg'* muskel. Detta är betydligt högre än den maximala syreupptagning per kg muskel som erhålls under t. ex. cykling och löpning. Det är svårt att ange något exakt värde på hur mycket större syreupptagningen är vid enbensarbete eftersom den aköva muskelmassan under cykling och löpning inte är känd. En uppskattning kan vara att enbensarbetet ger 3-4 gånger högre syreupptag per kg muskel jämfört med arbete med stora muskelgrupper (11). För att kunna bestämma syreupp- Muskelbiopsier togs i vila från den tagning per kg aköv muskelmassa laterala delen av quadriceps musvar det en förutsättning att quadri- keln, vastus lateralis samt hos fem cepsmuskelns massa kunde bestäm- försökspersoner även från rectus mas så exakt som möjligt. Quadri- femoris (den raka lårmuskeln). De cepsmuskelns volym bestämdes enzymer som mättes var oxoglutarat med hjälp av datortomograö, 21-24 dehydrogenas, succinat dehydrogetvärsnitt av lårmuskeln (från knä- nas och dtrat syntas (Fig 1). De två skålen öll höftbenet) avbildades från sistnämnda eftersom de ofta anvarje försöksperson och volymen vänds som markörer på muskelns bestämdes på följande sätt: medel- oxidaöva kapadtet (se 10). värdet av två närliggande qxiadricepsytor mulöplicerades med av- Resultat ståndet dem emellan (2 cm) och Den maximala fluxen i dtronsyracysiimman av dessa gav sedan mus- Vid maximalt arbete uppmättes ett keln uträknad från den genomsnittkelvolymen. Muskelmassan beräk- blodföde på i genomsnitt 5.9 1 min* liga syreupptagningen (353 ml min- PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk I d r o t t s f o r s k n i n g nr 3 . 1998 4tBT 1 kg^' muskel) blir 4.6 pmol min' g^* muskel. Detta kan jämföras med den maximala enzymakövitetcn av oxoglutarat dehydrogenas: 5.1 pmol min' g^', succinat dehydrogenas: 7.2 pmol min' g^' och dtrat syntas: 48 pmol min* g^'. Endast aköviteten av oxoglutarat dehydrogenas är ungefär lika stor som den beräknade flxixen i dtronsyracykeln, medan den maximala aköviteten av succinat dehydrogenas och dtrat syntas är 55% respeköve 940% högre än fluxen i dtronsyracykeln. En posiöv korrelaöon erhölls mellan syreupptagningen över lårmuskeln under maxarbete och den maximala aköviteten av de tre enzymer som mättes (Fig. 4). Detta skulle kunna tyda på att enzymerna i dtronsyracykeln förekommer i konstanta proportioner. För de fem försökspersoner där biopsier även togs från rectus femoris erhölls en genomsnittlig maximal syreupptagning över quadricepsmuskeln på 309 ml min' kg^', vilket motsvarar en flux i dtronsyracykeln på 4.1 pmol min' g^. Aköviteten av oxoglutarat dehydrogenas i rectus femoris var 4.0 pmol min' g"' och medelvärdet för biopsiema i vastus lateralis och rectus femoris 4.3 pmol min' g'. I stort sett samma enzymnivåer erhölls således i biopsier tagna i vastus lateralis och rectus femoris. Detta gäller även övriga enzymer. Resultaten i denna undersökning där mätningar av syreupptagning och enzymakövitet gjorts i samma muskel ger ytterligare stöd åt uppfattningen att den maximala akövi- teten av oxoglutarat dehydrogenas kan ge ett mått på kapadteten i dtronsyracykeln och andningskedjan (5). Resultaten tyder också på att oxoglutarat dehydrogenas är maximalt aköverat under maxarbete med främre lårmuskeln och att det i denna situaöon inte önns någon överkapadtet av enzymet i muskeln. Detta betyder förstås inte att man har denna höga flux i dtronsyracykeln under mer ordinärt arbete med stora muskelgrupper. Sammanfattning Under maximalt dynamiskt arbete med ena benets främre lårmuskel (quadriceps femoris) uppmättes en genomsnittlig syreupptagning på 353 ml min' kg^' muskel. Detta motsvarar en flux i dtronsyracykeln på 4.6 pmol min' g^' vilket är ungefär detsamma som den maximala aköviteten av enzymet oxoglutarat dehydrogenas (5.1 umol min* g"*) analyserat i extrakt från biopsier tagna i yttre lårmuskeln. Detta tyder på att oxoglutarat dehydrogenas är maximalt aköverat vid denna typ av arbete och att aköviteten av oxoglutarat dehydrogenas kan vara begränsande för den maximala syreupptagningen. Referenser 1. Salön B & RowellL B (1980). Functional adaptations to physical activity and inactivity. Fed Proc 39:1506-1513. 3. Åstrand P O &Rodahl K (1986). Textbook of Work Physiology. McGraw Hill, New 4. AndcrsenPt Salön B (1985). Maximal pcrfusion of skeletal muscle in man. J Physiol 366: 233-249. 5. Newsholme E A, Crabtree B & Zammit V (1980). Use of enzyme acöviöes as indices of maximum råtes of fucl uölizaöon. CIBA Found Symp 73: 245-258. 6. NewsholmeEA&LccchARn983). Biochemistry for the Medical Sciences. John Wiley, Chichester, U.K. 7. Blomstrand E, Ekblom B & Newsholme E A (1986). Maximum activitics of key glycolytic and oxidative enzymes in human muscle from differently trained individuals. J Physiol 381:111-118. 8. Andersen P, Adams R P , Sjegaard C, Thorboe A & Saltin B (1985). Dynamic knee extension as model for study of isolated cxercising muscle in humans. J Appl Physiol 59:1647-1653. 9. Blomstrand E, Rådegran C & Salön B (1997). Maximum ratc of oxygen uptake by human skeletal muscle in relation to maximal acöviöes of enzymes in the Krebs cycle. J Physiol 501:455-460. 10. Saltin B & Gollnick P (1983). Skeletal muscle adaptability: significance for metaboHsm and performance. In Handbook of Physiology, section 10, Skeletal Musde, eds. Peachcy, Adrian, Geiger, pp. 555-631. American Physiological Society, Bethesda, MD,USA. 11. Savard G, Klens B & Salön B (1987). Limb blood flow in prolonged exercise: magnitude and implicaöon for cardiovascular control during muscular work in man. Can J Sport Sci 12 (suppl. 1): 89-101. 2. BlomqvistCG&SalnnB(1983). Cardiovascular adaptaöons to physical training. Ann Rev Physiol 45:169-189. ENBENS SPARKARBETE CKrate synthaae Succinate dehydrogenas* Oxoglutarate dehydrogenasa II r*0.79.p<&05 100 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 8 0 0 7 0 0 rW).73.p<0^)5 r-0.72.p<0Ä)5 100 2 0 0 3 0 0 4 0 0 6 0 0 6 0 0 7 0 0 100 200300400500600700 Maximal syreupptagning (ml mlrr' kg * quadriceps muskel vid 37-38 *C) 4. Rekrionen mel/a» mazimaf enzymatfiintet oclz sx/rewpptagnzng i oiWricepsmnskefn wwfer mazzmalf enbens spartarbete, En korrefarion erMffs /Ör afk tre enzymerna. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor -)&r Svensk I d r o t t s f o r s k n i n g nr 3 * 1998 Forskning om sambandet kroppsaktiviteter och hälsa Rökning, en alltför fettrik kost och en låg fysisk aktivitet anses vara viktiga orsaker till ohälsa till följd av vår moderna livsstil. Epidemiologiska data visar entydigt att en låg fysisk aktivitet är kopplad till en ökad förekomst av hjårtkårlsjukdomar, hjärtdöd, högt blodtryck, tjocktarmscancer samt åldersdiabetes, den senare i sig en oberoende stark riskfaktor för hjårtkärlsjukdom (1). Det finns dessutom starka belägg för att en låg fysisk aktivitet år en viktig orsak till den ökade förekomsten av fetma i hela västvärlden (2). • • • Även beträffande flera andra sjukdomstillstånd^ t.ex. benskörhet/ depression och ångest, liksom vissa sjukdomar i rörelseapparaten, finns indicier för att de i betydande utsträckning skulle kunna förebyggas med en ökad fysisk aktivitet (1). Mycket talar för att fysisk träning är en av de bästa metoderna for att minska risken for att dö en alltför ödig död i kardiovaskulär sjukdom och tillgängliga data antyder dessutom att betydande effekter kan uppnås med en ganska beskedlig dos fysisk aktivitet (3), t. ex en snabb 30minuters promenad dagligen Trots detta anges i en nyligen utgiven skrift från folkhälsoinsötutet att endast 1/3 av vuxna medelålders svenskar motionerar med åtminstone en snabb promenad vid minst två tillfällen per vecka. Andelen som motionerar med högre ansträngning regelbundet flera gånger i veckan planar ut efter 20-årsåldem öll ca 20% män och strax under 10% kvinnor (4). Effekter av fysisk träning Mekanismerna bakom de posiöva effekterna av en ökad fysisk akövitet är idag inte helt kända, men en del av förklaringen kan vara att själva åderförkalkningsprocessen sker långsammare. Detta kan i sin tur troligen förklaras av forändringar på olika nivåer. En känd effekt av fysisk träning är den på blodtrycket, där fysisk träning i viss mån tycks kunna eliminera den "normala" blodtrycksökning som sker under medel-åldem (1). En annan posiöv effekt av fysisk träning är den på blodfettemas sammansättning, med ökade värden av HDLkolesterol och kvoten H D L / totalkolesterol (5). Dessutom medför fysisk träning en minskning av den ökning Jan Henriksson Institutionen för Fysiologi och Farmakologi, Karolinska Institutet i blodfettnivån, som normalt sker efter intag av en fettrik målöd (6). Den fysiologiska konsekvens av en ökad fysisk akövitet som vi fm. är mest intresserade av i min forskningsgrupp är den på vävnademas känslighet för insulin. Detta är en av de iräningseffekter, som kan misstänkas ligga bakom att åderförkalkningsprocessen sker långsammare i den fysiskt vältränade kroppen (7). Man har visat att nedsatt insulinkänslighet (insulinresistens), med medföljande förhöjning av insulinkoncentraöonen i plasma (det s.k. metabola syndromet), är kopplad öll ökad risk att utveckla hjärtsjukdom och diabetes typ 2 (åldersdiabetes). Man vet också att regelbunden fysisk akövitet betydligt minskar risken för att en obehandlad insulinresistens leder ö l l utveckling av åldersdiabetes (8). Insulinkänslighet En av insulinets viktigaste effekter är att öka skelettmuskulaturens upptag av socker, samödigt som sockeririsättningen från levern minskas. Detta leder öll en sänkning av blodsockerhalten. Om vävnademas, främst muskulaturens, känslighet for insulin ökar betyder det därför att irxsxilinnivån i blod kan sänkas utan att blodets sockerhalt söger. Det tycks dessutom föreligga ett ömsesidigt samband (en ond cirkel) mellan en låg vävnadskänslighet för insulin och en hög insulinnivå i blodet. Detta har bLa. visats i en undersökning av individer med levercirrhos, vilka ofta har ofta höga insulinnivåer i blodet. Om insxilinnivån hos dessa paöenter sänktes med hjälp av en 4-dagars infusion av hormonet somatostaön kunde nyligen en forskargrupp visa att den från början krafög sänkta insiilinkänsligheten helt normaliserades (9). Förutom att en ökad fysisk akövitet ökar insulinkänsligheten, sker också en ökning av glukosmolekylens möjlighet att på egen hand (dvs utan insulin) dels ta sig in i muskelcellen och dels hämma leverns frisättning av socker (10). Denna b-äningsberoende ökning i vad som på engelska kallas glucose effecöveness förklarar öllsammans med den ökade insulinkänsligheten varför träning leder öll förbättrad sockertolerans (se figur 2). En ökad insxilinkänslighet med träning kan uppmätas med olika metoder, där den intravenösa sockertoleranstesten och den s.k. hypeiinsulinemiska, euglykemiska glukosklampundersökningen är de vanligaste. Dessa undersökningar har visat att denna träningseffekt är mycket lätt att nå (11). När Lex en grupp försökspersoner tränade med en hjärtfrekvens av 75% av den maximala, dvs ett måtöigt hårt arbete, under 10 dagar (40 min/dag) sågs förutom en betydande förbättring av blodfett-profilen en sänkning av blodets insulinnivå på hela 25% (12). Att det som är lätt vunnet också är lätt förgånget gäller också i detta fall När t ex åtta vältränade idrottsmän gjorde ett b-äningsuppehåll på 7-10 dagar var sögningen av blodets insulinnivå efter ett intag av 75 g socker ökat med över 70% jämfört med före Iräningsuppehållet (13). PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor ter Svensk I d r o t t s f o r s k n i n g nr 3 > 1998 Cellens signaleringsprocesser A t t klarlägga de mekanismer varmed fysisk träning leder Öll ett ökat sockerupptag och en ökad insulinkänslighet liksom ö l l andra viköga effekter i ämnesomsättningen är mycket angeläget eftersom det kan förbättra möjligheterna att använda olika former av fysisk träning i sjukdomsförebyggande syfte. I detta arbete bör man förutom att studera kroppens allmänna fysiologi och kemi under arbete även undersöka de komplicerade biokemiska processer som styr cellens f u n k ö o n och ämnesomsättning. Mycket av de senare styrs av hormoner och det är välkänt att fysisk akövitet och träning påverkar nivån av många hormoner, såsom adrenalin., insulin, glukagon, testosteron, korösol och tillväxthormon. Hormonerna kan, med undantag av steroid-hormonerna, ej penetrera cellytan utan hormonet överför sitt budskap ö l l cellen genom att det binds ö l l en receptor på cellens ytan, Receptorproteinema genomgår därv i d en förändring, vilket ger upphov ö l l att en signalmolekyl trisättes ö l l det inre av cellen. Vissa av receptorema är jonkanaler som öppnas när hormonet binds, ledande ö l l intracellulära förändringarna i jonkoncentraöoner och därmed påverkan på cellens funköon. Andra receptorer utnyttjar mycket flexibla, sJc. Gprotein, för att föra receptorsignalen vidare, medan ytterligare andra receptorer har egen enzymakövitet, som aköveras v i d hormoribindning öllreceptom. Insulinreceptom liksom receptorerna for olika tillväxtfaktorer är ett exempel på den senare receptortyp e n Viköga exempel på processer som styrs på sådant sätt är cellens upptag av socker och dess öllväxt och anpassning ö l l träning. Enzymaköviteten (tyrosinkinasakövitet) leder ö l l att en signalkaskad startas där fosfatmolekyler binds ö l l olika intracellulära protein (fosforylering) och där det är dessa olika proteiners grad av fosforylering som styr processer i cellens ämnesomsättning. FIGUR 1 - DET M E T A B O L A SYNDROMET Det metabola syndromet - den tysta riskfaktorn f ö r hjärt-kärlsjukdom # # Syndromet har ett starkt samband med högt blodtryck och koronar hjärtsjukdom Kroppens vävnader (skelettmuskel, fettväv, lever) svarar otillräckligt på insulin / Högre insulinvärden i plasma än n o r m a l t Syndromet föreligger vid många tillstånd t ex # Fysisk inaktivitet # övervikt # Åldersdiabetes o-aktionen i sig. Muskelkontraköonen kan alltså sägas ha en insulinlik effekt, dvs leder ö l l en ökning av cellens sockerupptag. Detta innebär att en ökad fysisk aktivitet ö l l en del kan ersätta en nedsatt insulinkänslighet, t ex hos paöenter med över- De mekanismer varmed sockerupptaget ö l l muskelcellen sömuleras av insulin och av muskelkontraköon är dock olika, även o m båda sätten Öll slut leder ö l l att glukostransportmolekyler aköveras. Insulineffektema medieras av insulinreceptom, vars egenfosforylering iniöerar fosforylering av flera andra nyckelproteiner i cellen som önns koncentrerade i speciella områden v i d cellens yta (insulinreceptor-suböuerzntf drr en u&zande /bZks;nkdom. Det/inns starka b e f % /br att en Mg /x/sist atffoitet dfr en intrig orsat t%G den JÅade förekomsten ac/efma. Mer /brsknzng ?mkte gi^ras )5r att ktar&ygga mekanismerna j&r nwr Wg ^sisk atffmtet ocn öoeroikt samverkar/Ör att öka risken att drabbas au s/%Womor i h/drfk&rfsx/steTnet. Foto Artur forsberg. Sockerupptag En v i k ö g pusselbit i detta arbete är kunskapen o m att skelettmuskulaturens upptag av socker inte bara ökas av insulin utan också av muskelkon- PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svnmk Idrottsförening nr 3 o 1998 - t e * stråt 1, fosfaödylinositol-3-kinase och Akt). Inget av dessa nyckelprotein påverkas av en muskelkontraköon (14), även om cellens glukosupptag ökas lika mycket som av en viss dos insulin. Däremot tycks kalciumjonens påverkan vara nödvändig för att muskelkontraköonen skall utöva sin effekt på muskelns sockerupptag. Det är nu en vikög forskningsuppgift att söka kunskap om vad som orsakar muskelkonlraköonens egeneffekt på sockerupptaget och det är 200 r (a) i o sannolikt att detta i sin tur kräver en ökad kunskap om de intracellulära signaleringsvägar som aktiveras i skelettmuskeln öll följd av fysiskt arbete. I följande arökel av Ulrika Widegren och Juleen Zieratlx presenteras en undersökning i denna forskningslinje, där vi samarbetat med Zieraöis forskningsgrupp vid Karolinska sjukhuset. Proteinet lepön representerar ett annat område, där det är angeläget att studera hur fysiologien förändras vid fysiskt arbete. 150 10 days without exercise Ta (0 E % 100 a. Lepön har studerats mycket på råtta, där proteinet bildas och frisätts i fettväven som svar på en ökad energiupplagring. Lepönet leder öll en påverkan av centrala nervsystemet så att bLa. apöten sänks för att på så sätt normalisera fettvävens storlek och fetönnehåll. Man har nu visat att lepön även bildas i skelettmuskel (15) och det blir en intressant forskningsuppgift att ta reda på hur denna bildning förändras vid olika former av fysiskt arbete. Exercising regularly Metodik = E 3 5L C 100 10 days without exercise 75 50 25 0 60 120 180 För att på försöksdjur alt. transgena djur uttorska de olika mekanismer varmed fysisk träning kan påverka kroppen i posiöv riktning kan en rad angreppssätt och en stor metodikarsenal användas. Om man vill utföra undersökningarna på människa blir den möjliga metodikarsenalen självfallet begränsad. En användbar teknik är kateterisering av artär och ven med provsamlande över olika kroppssegemt, t ex ett ben eller en ann. En annan är muskelbiopsi, som vi använder i stor utsträckning inom forskningsgruppen for att studera effekter av arbete och träning på muskelcellens inb-acellulära signalsystem (se följande arökel av Widegren och Zierath). Time (min)! Muskelbiopsitekniken kan kombineras med olika molekylärbiologiska fig. 2 Resw/tatef ae ett 10 dagars tnynzngsnppeniff/ piz sockerfoferansen, dos &%r metoder for att utvärdera sambankroppen nanferar intag (mW Wen O) ar; en gfoen mzrngd socker (ndfr 100 g). Den det mellan olika nivåer av fysisk ökade znswfzn-koncentrationen e/kr thynzngswppeniMzet tyder pd en minskad fnsw- akövitet och syntes av proteiner som ffnkzynsfzgnet zfoen om en minsknd s Jk. gfncose e/yectfoeness (se tezten /br/brkZarzng) ändrar/modererar vår känslighet trofzgen ocW Wragit (Fnzn Rogers o. medarb, /. appf. Fnyszof. 6&I833,1990). för många kroniska sjukdomar (16). PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor 11 Svensk I d r o t t s f o r s k n i n g nr 3 . 1998 - t e * Det finns också nyare, men betydligt mera kostnadskrävande tekniker, for att studera kroppens ämnesomsättning vid olika öllstånd, t. ex. efter fysiskt arbete eller träning. Exempel på dessa är NMR (nuklearmagneösk resonans) och FET (positron-emissionstomografl). En intressant metodik som kan användas i dessa undersökningar är mikrodialysteknik. Mikrodialystekniken är enkel att använda och dessutom nästan smäruri för försökspersonerna. Metoden öllåter mätning av ämnesomsättning, t.ex. insulinkänslighet, samt blodflöde lokalt i en muskel eller i fettväv hos en individ och dessutom kan effekten av olika hormoner och läkemedel undersökas genom att de kan öllföras öll den lösning som pumpas igenom dialyskatetem. en vikög del i behandlingen av både åldersdiabetes och övervikt. 4. Vårt behov av rörelse. En idéskrift om fysisk aktivitet och folkhälsa. Folkhälsoinsdtutet och Förlagshuset Gothia AB, 1996. Under den senaste 5-årsperioden har avsevärda framsteg gjorts i förståelsen av den molekylära grunden för dessa posiöva effekter av fysisk träning (17). Man vet tex att fysisk träning resulterar i ett flertal viköga vävnadsförändringar, t.ex. en ökning i muskulaturens halt av glukostransportörer. Man börjar också förstå en del om hur det individuella arvet påverkar vilka effekter en regelbunden fysisk akövitet medför. 5. Leon AS: Effects of exercise conditioning on physiologic precursors of coronary heart disease. Journal of Cardiopulmonary Rehabilitation 11:48-57,1991. Det är en spännande uppgift att via forskning medverka öll att förbättra vår förståelse för hur man med egen träning bäst kan utnyttja denna möj- Referenser En del av de denna teknik ningsgruppen den följande Rosdahl resultat som vi med uppnått inom forskbeskrivs närmare i arökeln av Hans Slutsats Sammanfattningsvis är det idag uppenbart att nyttan av fysisk träning är mer än en ökad arbetsförmåga och innefattar även en bättre hälsa. Fysisk träning kan också vara 1. Bouchard C, Shephard RJ, Stephens T: Physical activity, fitness, and health. Human Kineöcs Publishers, Champaign QL) 1994. 2. Sjöström L: TV och stillasittande gör allt fler feta. Låkarödningen 93:167-170,1996. 3. Godsland IF, Leyva F, Walton C, Worthington M, Stevenson JC: Associaöons of smoking, alcohol and physical activity with risk factors for coronary heart disease and diabetes in the first follow-up cohort of the heart disease and diabetes risk indicators in a screened cohort study (HDDRISC-1). Journal of Intemal Medicine 24433-41,1998. 6. Aldrcd HE, Perry IC, Hardman AE: The effect of a single bout of bhgk walking on postprandial lipemia in normolipidcmic young adults. Metabolism 43:836-841,1994. 7. Henriksson J: tnfluence of exercise on insulin sensiövity (Review). Journal of Cardiovascular Risk 2303-309,1995. 8. Schneider SH, Morgado A: Effects of fitness and physical training on carbohydrate metabolism and associated risk factors in patients with diabetes. Diabetes Review 3378-407,1995. 9. Pctrldes AS, Stanley T, Matthews DE, Vogt C, Bush AJ, Lambeth H: Insulin resistance in cirrhosis - Prolonged reduetion of hyperinsuhncmia normalizes insulin sensidvity. Hepatology 28:141-149,1998. 10. Tokuyama K, Suzuki M: Tntravenous glucose tolerance test-derived glucose effecdveness in endurance-trained råts. Metabolism: dinical & Experimental 47:190-19t 1998. 11. Maycrdavls EJ, Dagosbno R, Kartor AJ, Haffner SM, Rewers MJ, Saad M, Bergman RN: Intensity and amount of physical activity in reladon to Insulin sensittvity - the insulin resistance atherosclcrosis study. Jama: Journal of the American Medical Association 279:669-674,1998. 12 Angelopoulos TJ, Lewis R, Jamurtas T, Schumann C, Obcsity, Lipoprotems: Signifirant changes in VLDL-triacylglyceroI and glucose tolerance in obese subjects following ten days of training. European Journal of Applied Physiology & Occupational Physiology 77356-559,1998. 13. Arciero PJ, Smith DL, Callesescandon J: Effects of short-tcrm inacdvity on glucose tolerance, energy expenditure, and blood Bow in trained subjects. Journal of Applied Physiology 84:1365-1373,1998. 14. Wojtaszewski JP, Richter EA: Glucose udlizadon during exercise - inSuence of endurance training. Acta Physiologica Scandinavica 162351-358,1998. 15. Wang JL, Uu R, Hawkms M, Barzilai N, Rossetti L: A nuthent-sensing pathway regulates leptin genc expression in muscle and fat. Naturc 393:684^88,1998. 16. Booth FW, Tseng BS, Fluck M, Carson JA: Molecular and cellulär adaptadon of musde in response to physical training. Acta Physiologica Scandinavica 162343-350,1998. 17. Goodyear LJ, Kahn BB: Exercise, glucose transport, and insulin sensidvity [Review]. Annual Review of Medicine 49:235-261,1998. Det /mns mdngg AaWa, positnxz, e^ekfer or /ysigt trAimg. För mJngo oY def gym med wort owf, oerobics eZZer spirming som g^Zkr. Den soenshz mztwren erb/Wer en rW mi^fig/iefer att k?mbzrienz motion, rekreation och wppfeoefser. foto Artnr Forsberg. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 • 1998 -)%=- Studier av lokal ämnesomsättning och blodflöde i skelettmuskulatur och fettväv I alla levande organismer omges cellerna av vävnadsvätska som transporterar olika ämnen mellan celler och blod. Genom att vävnadsvätskans sammansättning nu kan studeras med mikrodialysteknik erbjuds nya och unika möjligheter att studera metabolism specifikt i olika organ. Mikrodialys har tidigare främst använts vid djurförsök men är nu även tillgänglig för studier på människa. I följande artikel ges en grundläggande beskrivning av metoden och exempel på resultat som kan erhållas. Avslutningsvis diskuteras möjligheterna till användning av mikrodialys inom idrottsforskning. • • • Den ursprungliga idén bakom miknxiialystekniken kom från Karolinska Institutet 1974. Idén var att perfusion av mikrodialyskatetrar skulle efterlikna funktionen hos en blodkapillär (figur 1) och därigenom kunna transportera olika kemiska substanser öll och från hjärnans cerebrospinalvätska (1). Provtagningstekniken fick sedan en snabb spridning över världen och for närvarande finns mer än 4000 publicerade artiklar i vilka mikrodialysteknik har använts. Framför allt har mikrodialys använts vid studier på försöksdjur inom neurokemisk forskning men under den senaste tioårsperioden har tekniken även använts i flera olika perifera vävnader vid studier på människa (figur 2). Hans Rosdahl Med Dr Idrottshögskolan och Institutionen för Fysiologi och Farmakologi, Karolinska Institutet P^3 k^£m människa för studier av regleringen av fettvävens metabolism. Först på senare år har klinisk forskning med mikrodialysteknik blivit möjlig och här används tekniken nu bl a for att finna markörer för hjärnans metabolism hos skallskadade patienter. bolism i enskilda organ, är intensivvård; hjärtkirurgi, farmakokineök, gliombchandling, hudmetabolism samt inom neonatalvården Mikrodialystekniken har också visat sig vara speciellt lämplig när blodsockemivåer skall följas med frekvent provtagning for att uppnå en förbättrad glukoskontroll hos diabetiker (2). Målsättningen med vår egen forskning är att använda mikrodialysteknik for att möjliggöra mätningar av insulinets lokala effekter på blodflöde och glukosmetabolism i skelettmuskulatur och fettväv på människa. Principer för mikrodialystekniken Den grundläggande principen för mikrodialystekniken är relativt enkel och bygger på att en fysioloFör närvarande används mikrodiagisk perfusionsvätska mycket långlysteknik bl a i subkutan fettväv på samt pumpas igenom en mikrodialyskateter. Genom att molekyler som finns i högre koncentration i vävnadsvätskan än i perfusionsvätskan diffunderar genom mikrodialyskatetems membran och in öll perfusionsvätskan skapas provet (figur 3). Om ett ämne som ej finns i vävnadsvätskan adderas öll perfusionsvätskan diffunderar detta in öll vävCell naden, vilket ger möjlighet att studera effekter av biologiskt aktiva ämnen såsom olika läkemedel och hormoner i enskilda organ Graden av ekvilibrering mellan perfusionsoch vävnadsvätska avgörs främst av perfusionshasöghet (figur 4) och dialysmembranets längd men också Vävnadsvätska öll en viss del av det studerade ämnets molekyls torlek (mindre molekyler diffunderar lättare) samt figwr I. fffnstration au kur en mitrodiafyskafeter e^erfiknar /imktionen kos en av rådande diffiisionsförhållanden bfodkapiffdfr. Ceffemas metabofism ocfi kapifkfrbfod/födef p^roerkar eff dfmnes niW i inom vävnaden (3). Mikrodialysixhmaäst^fsÄ^zn ocfi i m&rodiafi/sprouef. Ett ökat bfoii/Zöde kan resuftera i Mde katetems membran har en porstorökade respektive minsÄazfk nnxfer av ofikz Annen i mkmadsogfs&an. Vid ett ökat lek som förhindrar att enzymer och bfod/föde % mi/skef kan t.ez. gfakosnfodn i D&madswMskan öka e^ersom gfnkos blodkroppar kan passera in öll protransporteras fiff ceffema ma bfodet. f/ettzdfoen kan f.ez. nmfn av gfycerof afnkas vet. Detta är oftast en fördel eftersom en /Öf/d av ett ökat bfod/föde, e/krsom gfycerof /rWtts i uAmaden ock frans- som det medför en minskad risk för nedbrytning av olika ämnen i provet porteras /nfn denna med bfodef. Andra exempel på områden inom klinisk forskning, där mikrcxiialysteknik används för att följa meta- PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor 4te Svensk I d r o t t s f o r s k n i n g nr 3 * 1998 samt att centrifugering eller fällning av provet ej behöver göras före analysöllfället. Intracerebml Metodik vid inläggning i vävnaden Före inläggningen av mikrodialyskatetem lokalbedövas och "försöcks" huden. I samband med själva inläggningen upplever ytterst få personer obehag. Inläggning i subkutan fettväv på buken sker enklast med hjälp av en slitskanyl (figur 5) medan inläggning i muskel kan ske med en splitslang (figur 6). Efter inläggning kan man i princip inte känna att mikrodialyskatetem finns inlagd i vävnaden. I våra studier har v i oftast placerat mikrodialyskatetrama i subkutana fettväven på buken samt i yttre delen av lårmuskeln (figur 7). I en studie (4) har v i även placerat mikrodialyskatetrarna i en imderarmsmuskel (brachioradialis) samt i vadmuskel (gastrocnemius). Scarm M. pectoralis Female breast Intracutaneous M. brachioradialis Scabdomen Uterus Scthigh M. quadriceps femoris M. tibialis anterior M. gastrocnemius f%#ar 2. Ezempef pd levnader vars fokafa mefabofism fiar studerats med mikrodiafysfeknik. Hittiffs fzar tekniken o/ltasf använts i swbkntan jeffvöv pd buken oc/z i fi/drnan i samband med zntensiwdrd. Kalibrering Om mätningen genomförs xmder förhållanden som medger att en fullständig ekvilibrering mellan perfusions- och vävnadsvätskor uppnås (dvs ett lågt perfusionsflöde och ett långt dialysmembran) erhålles den verkliga koncentraöonen av ett ämne i vävnadsvätskan direkt. Under dessa förhållanden behöver mikrodialyskatetrarna således ej kalibreras. Låga flöden ger emelleröd en relaövt liten volym prov per ödsenhet (c:a 13 pl per 10 min) och för att rätt provvolym skall erhållas (dvs for att undvika att perfusionsvätska "förloras" öll vävnaden) bör en kolloid (Lex. 40 g/1 av Dextran -70) adderas öll perfusionsvätskan (5). Om mätningen istället genomförs xmder förhållanden som inte medger att en fullständig ekvilibrering erhålles (högre perfusionshasöghet och/eller ett kort dialysmembran) måste den enskilda mikrodialyskatetem kalibreras före mätningen om avsikten är att mäta verkliga nivåer av ett ämne i vävnadsvätskan. Kalibrering av mikrodialyskatetrar genomförs med katetem i vävnaden och syftar öll att bestämma ekvilibreringsgraden för ämnet i fråga vid en given perfusionshasöghet. När ekvilibreringsgraden är känd beräknas sedan den verkliga nivån av ett ämne i vävnadsvätskan genom att koncentraöonen av ämnet divideras figwr 3. Beskrivning av en mikrodåzfi/skafefer som anvdfnds vid mdtnzngar i/ettvdfv ock skefeffmnskef pd mdnniska. Perfiasionsvdtskan pumpas via fn/födessfangen (1), /Örbi diafysmembranef (2), via en at/Zödessfang (3) tiff ett provrör som dr fämpfigf /Ör smd vofymer (41 Vaf tenfösfiga mofekyfer som /znns i fiögre koncentration % vdvnadsvdtsA^n dn i peryiisionsvdtskan di^anderiar genom mikrodiafyskatefems membran ocfi in tiff per/nsionsvdtskan. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskninq nr 3 • 1998 # = » med dess ekvilibreringsgrad. T.ex. om ekvilibreringsgraden är 25% och den uppmätta nivån av ett ämne i provet är 1.30 mM kan den verkliga nivån i vävnadsvätskan beräknas ölk 130mM / 0.25 = 520mM. Ett flertal olika kalibreringsmetoder har presenterats i litteraturen. Oftast har dock "ekvilibreringsmetoden" (6) eller "intemstandard metoden " (7^) använts. En fördel med ekvilibreringsmetoden är att den är allmänt accepterad och validerad av flera olika forskargrupper men en nackdel är att den är ganska ödskrävande att genomföra (c:a 3-5 ömmar). I korthet innebär ekvilibreringsmetoden att man före försöket perfunderar de enskilda mikrodialyskateh-ama med 4-5 olika koncentraöoner av ämnet man skall mäta. Därefter avbildas skillnaden mellan koncentraöonen av ämnet i dialysat (provet) och perfusionsvätskan som en funktion av koncentraöonen i perfusionsvätskan. Med linjär regression bestämmes sedan vävnadsvätskans koncentration av ämnet samt ekvilibreringsgrad vid en given perfusionshasöghet. Intemstandardmetoden innebär i korthet att man bestämmer ekvilibreringsgrad för ämnet ifråga vid en given hastighet genom användandet av en markör. Markören (oftast ämnet man avser att mäta som är radioakövt märkt) öllsättes öll perfusionsvätskan och diffunderar sedan från denna och in öll vävnaden. Genom att bestämma skillnaden mellan innehållet av markör i perfusionsvätska och dialysat (provet) erhålles ekvilibreringsgraden för denna. Blodflödets inverkan på mätningen En nackdel som kan följa med användning av höga perfusionsflöden är att tolkningen av resultaten från mätningen försvåras eftersom variationer i vävnadens blodflöde —o— Fettväv —"— Skelettmuskel —v- Venös plasma Ö 10k M^_ _f^3i^W] H-**-* 0.66v^n/o _i!33/i^/o ,0.76i/^n/n Tid (timmar) Agw 4. inverkan av perfnsions&zsfzgfzef pd graden av ekvifibrenng meffan vdvnadsvatska och per/iasionsvdfsÄ% /ör gfukos. Ndr mikrodiafyskaferrarmz infagda i /effvaven genomspofades med 2.33 pf/min var graden av ekvifibrenng endast 30% men miTr pnmpfiastzg/zeten % sfnfef av/örsöket sdhktes tiff 0.16 ^f/min wppndddes en /nffsfandzg ekvifibrenng meffan vavnadsvdtsbz ocA per/iasionsvdtska. 7id denna per/wsionsfiashg&ef kan dar/br den verkfzga gfnkoskoncentrationen i vdvmzdsvdfskan graderas över tid (angivna resuffaf gr medef ± SE/rdn 22 kafefrar i^ffvav oc/z 23 % skefeftmaskef, n=I3 /örsökspersoner). (f(esnf(aten dr Admtade /rdn Rosdafzf Hdrnnn, Ungerstedt ocfz Henriksson, Am. /. Pfrysiof. 274, Metab 37, E936-E945 påverkar mätningen av vissa ämnen som t.ex. glukos, glycerol samt vissa aminosyror (9,10,11). Oavsett om man använder ett lågt eller ett högt perfusionsflöde är det dock vikögt att hålla i minnet att nivån av ett ämne i vävnadsvätskan (och därigenom även det som mäts med mikrodialyskatetem) styrs både av blodflödet och av cellens metabolism (Agur 1). För att kunna särskilja om en förändring av det uppmätta ämnets nivå har orsakats av ett förändrat blodflöde eller av förändrad metabolism krävs det att blodflödet kan följas parallellt med mikrodialysmätningen. Blodflödesmätning med mikrodialys Genom att uhryttja det faktum att etanol (alkohol) öll stor del transporteras bort från vävnadsvätskan via nutriövt blodflöde kan man använda mikrodialystekniken för att få en uppfattning om blodflödesförändringar i vävnaden i området nära dialysmembranet. I korthet innebär den sk mikrodialys-etanoltekniken att man öllsätter etanol öll perfusionsvätskan (inflöde) så att en etanolkoncentraöon pä 5-50 mM erhålles i denna. Sedan bestämmes etanolkoncentraöonen i mikrodialysprovema (utflöde) och blodflödet kan sedan följas kvalitativt (men ej kvanötaövt) genom kvoten: etanolkoncentraöon i utflödesvätska / etanolkoncentraöon i inflödesvätska. En minskad utflödesinflödeskvot anger att blodflödet har Hgwr 5. fnWggnzng av en mzkrodäzfyskatefer i sabkafan /ef fvdv med fz;dfpavensfftskanyf. Aj. Mzkro-dåzfyskafefern afan/Ör (fzögerj effer znfagd z sfzfskznyfen (vdnsfer)/Öre /nfaggnzng. B) Haden fyflts ndgof varefter sfffskonyf med kafefer/Örs in. O Mz*ri%fzafi/skatefer Wffes kvar % vdvnaden medan sfztskanyfen dras At raktbakdf. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor -)%%r Svensk Idrottsforskning nr 3 . 1998 Figwr 6. fnfdggrzmg av en mikrodiafyskatefer i yffre fdnrraskefn pd en /Örsöksperson med fz/dfp av en spfztsfang. i; En stdfkanyf som dr ^4sedd med en spfitsfarzg pd utsidan /Örs in i maskefn paraffefff med dess /zlvrnkfnzng. 2) Stdfkanyfen dragés af. 3) Spfifsfangen sitfer kvar i vävnaden. 4) Mikrodzafyskafefern /Örs in i spfifsfangen 5) Spfifsfangen defas ocfi fages nf. 6) Mikrodiafys&afetern dr/izerad med fz/dfp av eff transparent/Örbandsmaferiaf. ökat (mer etanol diffunderar från perfusionsvätskan och in öll vävnaden) medan en ökad utflödes- inflödeskvot anger det motsatta, dvs ett minskat blodflöde (9). Mikrodialys-etanoltekniken kräver vidareutveckling innan den kan fungera som en riktigt öllförlitlig metod för blodflödesmätning. Den är dock for närvarande den enda metoden som finns Öllgänglig för blodflödesmätningar i området kring mikrodialyskatetem och har i dessa sammanhang väsenöigt bidragit Öll en ökad förståelse av resultaten från studier med mikrodialysteknik. Effekter kan studeras lokalt Ett exempel på hur mikrodialystekniken kan användas for studier av lokala effekter av biologiskt aköva ämnen på blodflöde och metabolism ges i figur 8.1 försöket som genomfördes på råttmuskel gavs höga doser av hormonerna adrenalin och isoprenalin lokalt öll vävnaden via mikrodialyskatetem utan att effekter på hela kroppen erhölls (sk systemiska effekter). mätningar genomförs parallellt med mikMxiWysmätningen för att resultaten skall kunna tolkas rätt. Av resultaten framgår det att lokal perfusion med isoprenalin resulterade i ett ökat blodflöde (en minskad etanolkvot) medan den motsatta effekten, dvs ett minskat blodflöde, erhölls med perfusion med adrenalin Båda hormonerna resulterade även i en ökad laktatkoncentraöon i vävnadsvätskan vilket är ett förväntat resultat eftersom båda hormonerna leder Öll en ökad glykogenolys. Ett annat exempel på hur lokala hormoneffekter kan studeras med mikrodialystekniken ges i figur 9 där insulinets effekter på blodflöde och metabolism i subkutan fettväv och skelettmuskel registreras på människa. I denna undersökning gavs insulinet via blodbanan medan dess effekter studerades lokalt i vävnaden. Re-sultaten antyder att höga fysiologiska nivåer av insulin ökar glukosupptaget i skelettmuskel utan att öka det nutriöva blodflödet. Om effekten av insulin kunde studeras genom att insulinet tillfördes vävnaden via mikrodialyskatetern istället för via blodbanan skulle detta innebära en betydlig förenkling. Att adrenalin resulterade i en större laktatökning än isoprenalin (trots att de gavs i samma koncentraöon) kan sannolikt förklaras av att blodflödeseffekterna var olika. Det minskade blodflödet med adrenalin har troligtvis även resulterat i att "borttransporten" av laktat har försämrats medan det ökade blodflödet med isoprenalin troligtvis istället har ökat borttransporten. Resultaten illustrerar vikten av att blodflödes- I en ännu opublicerad studie har vi undersökt möjligheterna öll detta och fiinnit att det är möjligt att upptäcka effekter av insulin (sänkt glukosnivå i vävnadsvätskan) när insu- PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor -ter Svensk Idrottsforskning nr 3 . 1998 lin perfunderas genom mikrodialyskatetrar vars dialysmembran har extra stora porer. För närvarande återstår det att förbättra reproducerbarheten i detta öllvägagångssätt men det faktum att insulin kan passera dialyskatetems membran antyder att det finns möjligheter att mäta även andra "stora molekyler" som tex cytokiner med mikrodialys. Att studera effekterna av och mäta nivåer av stora molekyler med mikrodialys är ett hitölls outforskat fält. —A— adrenalin =§ Mikrodialys inom idrottsforskning Mikrodialysteknik är speciellt lämplig för studier rörande fettvävens metabolism eftersom glycerol (som är en slutprodukt vid nedbrytning av triglycerider) utgör en markör för fettnedbrytning och går bra att mäta med tekniken Frågeställningen om tränade personers högre fettomsättning vid ett submaximalt arbete är kopplat öll förändringar i fettvävens känslighet for stresshormoner har nyligen undersökts (12). I denna studie erhölls ett mått på fettnedbrytning i subkutan fettväv genom att mäta glycerolnivåer i vävnadsvätskan (mikrodialys) i kombination med blodflödesmätning i fettväven (133 Xenon clearanAndra intressanta undersökningar med mikrodialys inom detta område har berört skillnader i lipolys mellan kvinnor och män under fysiskt arbete (13). Flertalet av genomförda studier med mikrodialyskatetrar i muskel på människa har varit under vilobeöngelser, dvs utan muskelkontraköoner. Eftersom många av träningseffekterna på muskel varar under en längre tid, är undersökningar på vilande muskel av stort intresse, bl a för att öka kunskapen om de förändringar i hormonkänslighet (tex för insulin och adrenalin) som träning kan medfoVi har även använt den gängse katetertypen i en egen undersökning med muskelkontraktioner med lyckat resultat, men vi begränsade oss då öll att genomföra isometriska muskelkontraköoner. Kontraköonema genomfördes endast med ett ben (dvs endast en liten del av kroppens totala muskelmassa) och vi fignr 8. Efanofkvoten (at^öde/ in/föde given i procent av basafnivd, 45-90 min) samt fakfafkoncenfrafion i diafysaf under/Örsök med fzormonper^iszvn via mikrodiafyskatefenz i rdtfmaskef. En minskad etanvfkvof anger atf bfod/lödef fazr ökat (mer efanof di^underar/rdn per/asionsvdfskan ocfz in fiff vävnaden) medan en ökad anger def motsaffa, dvs eff minsAaf bfod/föde. Mikrodiafyskafefrar pfacerades i muskef (gasfrocnemiasj pd sövda rdtfor ocfz per/anderas med en KrebsHensefeifba/jfertsom innefiöff5 mM efanof. Lfnder perioden 90O 30 60 90 120 150 180 210 240 270 180 min sfaderades e^ekfen av fokaf per/usion med adrenafin effer isoprenafin (bdda 10^ M) genom atf dessa dfmnen adderades fiff per/asionsfösningen. fngen "si^femisk e^ekt" av de fzöga fan-monnivdema erköffs vifkef konfrof ferades genom 7?zat?%ingar med diafyskatetrar som e; per/ianderades med fiormoner. (Resuffafen dr fzdmfade /rdn Rosdafzf, Samuefsson, Ungersfedf ocfz Henriksson, Acfa Pfzys. Scand. vofym 163 nr 4 augusti 1998). —°— isoprenalin 8 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 Tid (min) -subkutan fettväv -skelettmuskel venöe plasma "^CA insulin infusion -30 0 30 90 »0 120 figur 9. Efanofkvof ocfz gfukoskoncenfrafion i swbkutan /effvdv ocfz skefeffmuskef under en sk eugfykemisk fzyperinsuf inemisk kfamp pd mdnniska. Under "kfampen" in/underades insufin ocfz gfukos i bfodef sd aff normafa gfakosuivder men /Örfzö/da insuffnnivder (tiff 94 pU/mf) erfzöffs. Uppmdff med mikrodiafys-efanofteknik noterades eff ökat bfod/föde i /effvAz (sdnkf efanofkvof) men ef i skefeffmuskef. Gfukoskoncenfrafionen i diafysaf ^dn mz^skef sdnkfes under in/usion av insufin medatz nivdn i/effvdv var o/Ördndrad. Resuftaten antyder atf fzöga /ysiofogiska rzivder av inszJin ökar gfukosuppfagef i skefeffmuskef ufan aff öka def nufnffva bfod^lödef. (Resuftaten dr Mmfade/rdn Rosdafzf, Lindfz, Miffgdrd, Liffzeff, Ungersfedf ocfz Henriksson, ZDiabefes, vofym 47, Augusti 1998, sid 3296-1302) insulin infusion Tid (min) PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk I d r o t t s f o r s k n i n g nr 3 . 1998 - t e * fann då att man kunde registrera en laktatökning i mikrodialysprovema xmder det att laktatnivån i blodet var oförändrad (14). Detta resultatet antyder att mikrodialys kan vara en möjlig provtagningsmetod i studier där arbetet utförs med for liten total muskelmassa för att dess metabolism skall kunna registreras i blodet. För närvarande finns endast en begränsad erfarenhet av att använda mikrodialys i muskel under dynamiska kontraköoncr. I de studier som har genomförts har förstärkta (ej kommersiellt öllgängliga) eller en mindre typ av mikrodialyskatetrar använts. Resultaten från dessa studier är dock mycket intressanta eftersom de har medfört en ökad förståelse för vilka faktorer som är involverade i den lokala regleringen av blodflödet xmder fysiskt arbete (15,16). Inom detta forskningsområde utgör mikrodialys en speciellt värdefull metod eftersom de ämnen som mäts (tex adenosin och kväveoxid) har en snabb nedbrytning och kan därför inte mätas i blod. Om man öllåter sig att spekulera lite om framöden så är det troligt att mikrodialystekniken kommer att användas i ökad omfattning i forskningen om hur skelettmuskulaturens ämnesomsättning och blodflöde påverkas av och regleras xmder olika typer av fysiskt arbete. Referenser 1. Ungerstcdt U, Pycock C: Functional correlates of dopamine neurotransmission. Bull Schweiz Akad Med Wiss 1278:1-13,1974 2. Boliixdcr 1, Ungerstcdt U, Amer P: Longterm continuous glucose monitoring with microdialysis in ambulatory insulin-dependent diabetic patients. The Lancet 342:10801085,1993 3. Kosdahl H, Hamrin K, Ungerstcdt U, Henriksson 1= Metabolite levels in human skeletal muscle and adipose össue studicd with microdialysis at low perfusion How. American Journal of Physiology 274:E9365945,1998 4. Roedahl H, Lind L, MillgArd J, Lithell H, Ungerstcdt U, Henriksson J: Effect of physiological hyperinsulincmia on blood How and interstitial glucose in human skeletal muscle and adipose tissue studied by microdialysis. Diabetes 47:1296-1301,1998 5. Rosdahl H, Ungerstedt U, Henriksson J: Figur 7. En /orsöksperson med mikrodiafyskafefrar pfacerade i swbkufana /effvöven pd buken samf i zpuzdriceps /emons (vastus faferafis) muskefn pd fdref. f nedre fz^gro defen av bifden syns per/usionspumpen. f pz^npen /znns sprutor insatta vzfka fnnefzdffer per/asionsfösningen ocfz dr koppfade ti/f mikrodiafyskafefrarna. f /Örsök pzf mdnnisk? anvdnds vanfigen per/asions/föden meffan OJ ocfz 2 ^ z^f/min. Ldgsfa per/usions/födef som fziffiffs fzar anvdnfs dr 0.075/if/min infkef krdvde aff proverna samfazfes under 60 min /5r aft fiffröckfig prowofyrn (4.5yif) skuffe er/zdffas ^ r anafys. Microdialysis in human skeletal musde and adipose tissue at low flow ra tes is possible if dextran-70 is added to prevent loss of perfusion fluid. Acta Physiologica Scandinavica 159:261-262,1997 6. Lönnroth P, Jansson PA, Smith U: A microdialysis method allowing characterizalion of intercelhilar water spacc in humans. American Journal of Physiology 253(16):E228-E231,1987 7. Schellcr D, Kolb J: The intemal reference technique in microdialysis: a practical approach to moniloring dialysis efficiency and to calculating tissue concentration from dialysate samples. Journal of Neurosciencc Methods 40:31-38,1991 8. Lönnroth P, Strindberg L: Vahdation of the intemal reference technique' for calibrating microdialysis catheters in situ. Acta Physiologica Scandinavica 153:375-380,1995 9. Hickner RC, Rosdahl H, Borg 1, Ungerstcdt U, Jorfcldt T,, Henriksson J: The ethanol technique of monitoring blood flow changes in rat skeletal muscle: implications for microdialysis. Acta Physiologica Scandinavica 146(l):87-97,1992 10. Enocksson S, Nordenström J, Bolinder J, Amcr P Influence of local blood flow on glycerol levels in human adipose tissue. International Journal of Obesity 19:350-354, skeletal muscle studied by microdialysis. Acta Physiologica Scandinavica 163349-360, 12. Stallknecht B, Simonsen L, Bulow J, Vinten J, Galbo H: Effect of training on cpincphrine-stimulated lipx)lysis determincd by microdialysis in human adipose tissue. American Journal of Physiology 269:E1059E1066,1995 13. Amer P, Kriegholm E, Engfeldt P, Bolinder J: Adrenergic regulation of lipolysis in situ at rest and during exercise. Journal of (Clinical Investigation 85:893-898,1990 14. Rosdahl H, Ungerstedt U, Jorfeldt L, Henriksson J: intersUÖal glucose and lactatc balance in human skeletal muscle and adipose tissue studied by microdialysis. Journal of Physiology 471:637-657,1993 15. Sallin B, Rådegran C, Koskolou MD, Roach RC: Skeletal muscle blood flow in humans and its regulation during exercise. Acta Physiologica Scandinavica 162:421-436, 16. Hickner RC, Rsher RM, Ehsani AA, Kohrt WM: Role of nithc oxide in skeletal muscle blood flow at rest and during dynamic exercise in humans. American Journal of Physiology 273fHcart Circ Physio1.42):II405H410,1997 11. Rosdahl H, Samuelsson A-C, Ungerstcdt U, Henriksson J: Influence of adrencrgic agonists on the release of amino adds from rat PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor ->ay Svensk Idrottsforskning nr 3 * 1998 Effekter av fysisk aktivitet på den intracellulära signaleringen fvluskelkontraktion via fysiskt arbete leder till en rad olika förändringar av skelettmuskulaturen. Det har till exempel visat sig att skelettmuskulaturen har en unik kapacitet att anpassa sig till den typ av cellulär stress som fysiskt arbete innebär (1). Men, vad händer egentligen i skelettmuskulaturen, i själva muskelcellen, vid fysiskt arbete? Vad år det som sätter igång en rad olika reaktioner såsom ökad proteinsyntes (uppbyggnad och nedbrytning av proteiner = kroppens byggstenar), muskeltillväxt etc? • • • Att kroniska träningsförändringar sker vid regelbunden fysisk aktivitet är känt frän tidigare undersökningar (2, 3). Dessa förändringar sker såväl på gennivå som på proteinnivå (4, 5/ 3, 6). Det, eller de, stimuli som startar dessa processer måste på något sätt översätta extracellulära (utanför cellen) stimuli till intracellulära (inuti cellen) signaler. vilka medverkar i reglering av ämnesomsättning (= metabolism), exempelvis glukostranport samt nedbrytning och återuppbyggnad av glykogen under och efter fysiskt arbete (7). Men aktiveringen leder också till signalering vilken har en stimulerande effekt på bland annat tillväxt (2), den mitogena signaleringsvägen. Från andra cellsystem känner man till signaleringsvägar som aktiveras av olika tillväxtfaktorer och/eller olika former av stress för cellen Den mer "klassiska" signaleringsvägen leder främst öll en rad reaktioner Trots att fysisk aktivitet och träning har en så betydande roll for skelettmuskulaturens metabolism och tillväxt, är förvånansvärt lite känt om de molekylära signaleringsmekanismer som länkar samman mekaniska Olika typer av cellulär stress Ce//memoran och biokemiska faktorer under muskelkontraktion MAP kinas, vad är det? En stor del av de olika reaktioner i ämnesomsättningen som sker inuti cellen styrs genom fosforylerin/defosforylering. Detta fungerar med hjälp av en enzymgrupp som kallas proteinkinaser och innebär att en eller flera fosfatgrupper sätts på (fosforylering) eller tas av (defosforylering) olika proteiner. I andra celltyper har underökningar visat att en familj proteinkinaser spelar viktig roll i ett nätverk av proteiner som överför extracellulära signaler öll intracellulära. Denna familj kallas mitogeniskt aköverande protein kinaser (MAPK) och aköveras av en rad öllväxtfaktorer och/eller olika typer av cellulär stress (8,9). MAPK sömuleringen kännetecknas av att det krävs fosforylering på två ställen av proteinet. Detta innebär att två fosfatgrupper måste sättas på enzymet för att det ska bli akövt. Ulrika Widegren Transkriptions- fzgnr I. Sc/%#rwzfist oestrronzng or de o/ita sigWenngsmBggrrM /Ör de fre MAPK mgdjemmama. Vad som (fr b W idag år off ERK/rdfmsf attroeras ma receptorer/br of&o tiffo&rt^zttorer. 5APX//NK aktfneras gu andra fyper ar sfrmwZi /rämsf koppZaife tiff programmerad cefW&f (sd W W apoptos) ocfz ofika /brmer ar stress som ezempefois UV f/ws ocfz cyfotirier. p38 MAPK däremot oerkar oarn inoofoerad i Wda dessa fi/per ar stimnfi med andra W defattig i ceffens soar pd f ifWziYa&forer ocfz koppfad tiff ceffufdfr stress. P oisar att proteinet är aA^roerat. Tiffdggas skz octsd att MAPK doen tan attioera (genom att /bs^nyfera) andra proteiner dn de pd mfden. A4ed tmnsAriptions/akforer menas enzymer som Ar defa&tiga oid aofdsnzng ao den genetiska koden i ceffkdman ocfz oidare nymfdnzng ocfz nppoyggTiad ao proteiner. Observera att (fetta inte Ar ndgon Äcompfett mfd zfd /orskningsomrddet dr nytt. Doktorand Institutionen för Fysiologi och Farmakologi, Karolinska Institutet och Idrottshögskolan Juleen R Zierath Docent Institutionen för kirurgisk vetenskap. Karolinska sjukhuset PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor -ac- Svensk I d r o t t s f o r s k n i n g nr 3 . 1998 Idag känner man öll tre olika MAPK familjemedlemmar, ERK, SAPK/ JNK och p38MAPK, vilka har parallella signaleringsvägar och aköveras något olika. (Fig 1). MAPK kan, efter akövering, anöngen själv passera in i cellkärnan och fosforylera olika transkripöonsfaktorer, exempelvis CREB (10), som i sin tur startar och/eller stannar syntesen av olika proteiner, eller också fosforylera andra proteiner som sedan deltar i olika typer av genreglering. Transkripöonsfaktorer behövs för att starta avläsningen av den genetiska koden i cellkärnan och mitokondhema samt efterföljande proteinsyntes. Man vet idag att CREB är involverad i bland annat gener som startas ödigt och har betydelse för cellöllväxt och celldelning. Kortfattat kan man beskriva MAPKsignaleringsvägen med att den startar av ett yttre (extracellulärt) stimuli via receptorer på cellmembranet. Därefter sker en rad fosforyleringssteg innan själva MAPK aköveras. I skelettmuskel har man vid insulinsömulering sett en ökning av MAPK akövering, men det är inte känt vilken betydelse detta har rent fysiolo- Nyligen har data kommit som indikerar att MAPK systemet är en möjlig signaleringsväg där fysisk akövitet kan leda öll ökad bildning av muskelprotein (11-13). Dessa studier, på skelettmuskulatur hos både råtta och människa, visar att ett enda arbetspass är öllräckligt for att öka graden av MAPK fosforylering t Kort om Western blöt Denna teknik innebär att proteiner separeras genom akrylamidgeler med avseende på storlek. Med hjälp av ström kan man få proteinerna, som är laddade, att vandra genom gelema. Små proteiner vandrar fortare än stora och man får en slags sortering av alla proteiner i de sönderdelade muskelproverna. Gelema i sig är väldigt ömtåliga och svårhanterliga, därför överför man proteinerna, också detta med hjälp av elektricitet, öll nitrocellulosa- eller nylonmembran Membranen inkuberar man sedan med anökroppar som är specifika för just det fosforyleradc protein man är intresserad av. Pä antikropparna önns en speciell slags "märkning" som gör att man kan detektera detta på en film. Sedan kan man, med en densitometer, kvanötaövt mäta hur mycket "akövitet" det finns av det intressanta proteinet. Arbete Efter arbete Höger Vastus Lateralis Höger Vastus Lateralis VILA ARBETE Q mångdubbelt. Uöfrån dessa fynd öppnas ett helt nytt fält för att söka svar på frågor som många länge ställt sig: Vid fysisk akövitet och träning som sömuli, vad sker inuö cellen vid muskelhypertrofi, ökad proteinsyntes etc som svar. Hur påverkar olika typer av träning? Andras signaleringsvägama med ökande ålder och olika sjukdomar? Insulin och muskelkontraköon påverkar glukosupptag via två separata vägar, hur fungerar dessa? Varför får muskulaturen bättre insulinkänslighet med träning? 60 15 minuter t Icke arbetande 60 Belastning: 70 % ay en-bens t/O* max Vänster Vastus Lateralis figwr 2. Scfzematisk fnfd t!wery&rsöksnppfdgget oid 60 minuters en-bens cykfingarbete. Pifama oisar dd mnskefbiopsier tagits, dock fzar e/ mer dn ^ m biopsier tagits per person. MAPK före, under och efter arbete Under det senaste året har vi arbetat med de ovan beskrivna frågeställningarna som utgångspunkt (14). Som arbetsmodell valde vi en-bens cykling på ~70% av VC^max i 60 minuter (Fig. 2). Vi valde denna typ av arbete delvis beroende på att vi inte kunde veta om biopsitagningarna i sig skulle akövera dessa signalsystem, men också beroende på att v i då kunde använda varje försöksperson som sin egen kontroll. Deltagande i studien var friska personer, både män och kvinnor, i 25 års åldern. Försöket gick ut pä att muskelbiopsier togs i det vilande benet innan försökets början samt direkt efter avslutat arbete och i det arbetande benet efter 30 och 60 minuters arbete samt 15 eller 60 minuter efter avslutat arbete (Fig. 3 och 4). Efter att ha homogeniserat (sönderdelat) muskelprovema användes främst Western blöt tekniken för att undersöka bland annat MAPK familjen Hos alla försökspersoner skedde en ökad fosforylering av MAPK. Även om de individuella skillnaderna var stora var ökningen krafög. Däremot var det olika aköveringsmönster mellan de två MAPK familjemedlemmarna v i undersökte. ERK fosforylering efter 30 minuters arbete ökade 25-30 gånger (Fig. 5). Dessutom skedde denna ökning endast i det arbetande benet, vilket torde bero på lokala och inte systemiska (helkropps) faktorer. Vi fann också att aköveringen av ERK minskade krafögt 15 minuter efter avslutat arbete. Detta kan jämföras med den kvarstående effekt muskelkontraköon har pä glukostransport upp öll tre ömmar efter avslutat arbete (15). Fosforyleringen av p38 MAPK hade ett annat aköveringsmönster. Efter 30 minuters arbete skedde en ökning på drygt två gånger. Denna ökning höll i sig under arbetet samt även 15 minuter efter avslutat arbete. Här kunde även en ökad fosforylering av p38 MAPK i det icke arbetande benet upptäckas. Vi undersökte också transkripöonsfaktom CREB. I det arbetande benet skedde ingen ökning av fosforyleringen. Däremot kunde vi i fyra av fem personer se en markant ökning i PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 . 1998 - t e * det vilande benet direkt efter avslutat arbete. Betydelse Uöfrån denna studie kan vi klart visa att MAPK-systemet är involverat och aköveras vid fysiskt arbete/kontraköon samt att de olika MAPK medlemmarna aköveras olika. ERK vägen, som normalt brukar kopplas öll öll växt, sömuleras av lokala faktorer, medan p38 MAPK, som är mer involverad i cellens svar på stress men även öllväxt, troligtvis påverkas mer av systemiska (helkropps) faktorer. Sammantaget kan våra resultat visa en möjlig väg genom vilken fysisk akövitet påverkar proteinuppbyggnad/nedbrytning samt akövering/inakövering av olika gener. Att även transkripöonsfaktom CREB stimuleras, kan mycket väl vara en del i den påverkan fysiskt arbete har på bl a genakövering och proteinbildning i muskelcellen. Aköveringen av CREB skulle kunna vara en faktor som verkar på helkroppsnivå vid fysiskt arbete, men som inte har någon betydelse för det arbetande benet, kanske på grund av den "stress" som fysiskt arbete innebär. figwr 3. En ao de cykfande /brsökspersonerna. Idgg mdrke tiff det oifamfe odnster benet. Det önns en mängd växande bevis for att insulin och muskelkontraköon leder öll ökat sockerupptag i figur 4. Biopsifagning nnder det timmes fdnga /orsökef. försökspersonen sitter köar pd cykefn under biopsenzndef )br atf sd snart som moyfigf kunna arbeta igen. Med pd bifden dr/rdn fzoger /an Henriksson, fapper/orsaksperson, Ufrika Widegren ock Guniffa Hedin. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor -2zr Svensk Idrottsforskning nr 3 . 1998 cellen via två skilda signaleringsvä- response to exercise. Federation Proc. 44, gar (16, 17). Eftersom muskelarbete 2293-2300 kan uppväga en dålig känslighet för 4. Booth, F.W., and Kirby, CR. (1992) insulin är det därför av mycket stort Changes in skeletal muscle gene exprcssion intresse att fä reda på hur de intra- consequent to altered weight bearing. Am J. cellulära mekanismerna vid fysiskt PhysioL 262, R329-332 HilL C S., and Treisman, R (1995) arbete och träning fungerar. För 5. Transcriphonal regulabon by extracellular med den förståelsen kanske fysisk signals: mcchanisms and spcdbcity. Cell 80, akövitet och träning kan användas som altemaöv behandlingsform J. A., Egan, P. C , Ncufer, P. D., istället för, eller med minskade 6. Houmard, J. E., Whecler, W. S., IsraeL R C , mängder av, farmakologisk behand- Friedman, and Dohm, C. L. (1991) Elevated skeletal ling. Likaså att ordinera rätt typ av muscle glucose transporter levels in cxerciseträning för att helt enkelt komma trained middle-aged men. Am. J. PhysioL runt irisxilinresistensproblemet samt 261, E437-E443 att höja statusen och vikten av fysisk 7. BergsbAm, J., and Hultman, E. (1966) akövitet och träning samt öka insik- Muscle glycogen synthesis after exercise: an ten om varför människan ska använ- enhandng factor localized to the muscle cells da sin kropp öll det den är byggd för in man. Nature Lond. 210,309-310 - att röra på! Referenser 1. Henrikason, J., and Hickner, R C, (1996) Training-induced adaptabons in skeletal muscle. In: Oxford textbook of sports medicine, edited by Harries, M, Williams, C.W., Stanish, D., and Nicheh, L. J., Oxford, UK: Oxford Univ. Press, p. 27-45 2. Booth, F.W., and Thomason, D.B. 0991) Molecular and cellulär adaptabons of muscle in response lo exercise: Perspecbves of various models. PhysioL Rev. 71,541-585 3. Booth, F. W., and Wataon, P. A. (1985) Control of adaptabons in protein levels in 14. Widegren, U., Jiang, X. J., Krook, A , Chibalin, A V., Bjömholm, M, Tally, M., Roth, R A , Henriksson, J., WallbcrgHcnhksson, H., and Zierath, J. R. (1998) Divergent effects of exercise on metabolic and mitogenic signaling pathways in human skeletal muscle. Kommer att publiceras i FASEB1. oktober 1998. 15. Hughes, V. A., Rataronc, M. A., Rcldning, R. A, Kahn, B. B., Fcrrara, C M, Shepherd, P. R, Rsher, E. C, Wolfe, R R, 8. Seger, R, and Krebs, E. G. (1995) The FJahi, D., and Evans, W. J. (1993) Exerdse MAPK signaling cascade. FASEB J. 9,726-735 increases muscle GLUT4 levels and insulin actlon in subjects with impaired glucose tole9. Cano, E, and Mahadevan, L. C. (1995) rance. Am. J. PhysioL 264. E855-É862 Parallell signal proecssing among mammalian MAPKsi Trends Biochem. ScL 20,117-122 16. Wallberg-Henriksson, H. (1987) Glucose transport into skeletal musde: Influcnce of 10. Xing, J., Ginty, D., and Greenberg, M. E. contracble aebvity, insulin, catecholamines (1996) Coupling of the RAS-MAPK pathway and diabets mellitus. Acta Physiol. Scand. to gene aebvabon by RSK2, a growth factor131 (SuppL 564), 1-80 regulated CREB kinase. Science 273,959-963 17. Zierath, J JR (1995) In vitro studies of 11. Goodyear, L. %., Chang, P-Y., Sherwood, human skeletal muscle: Hormonal and metaD. J., Durfcsne, S. D., and MoUer, D. E. (1996) bolic regulabon of glucose transport Acta Effects of exercise and insulin on mitogenPhsioL Scand. 155 (SuppL 626), 1-96 aebvated protein kinase signaling pathways in rat skeletal muscle. Am. ]. PhysioL 271, E403-E408 30 min v. 12. Aronson, D., Violan, M A, Dufresne, S. D., Zangen, D., Fielding, R. A, and Goodyear, L. J. (1997) Exercise sbmulates the mitogenic-aebvated protein kinase pathway in human skeletal muscle. j . din. Invest. 99, 1251-1257 13. Aronson, D., Dufresne, S. D., and Goodyear, L. j . (1997) Contracble activity sömulates the c-Jun NH2-terminal kinase pathway in rat skeletal muscle. J. BioL Chcm. 272, 25636-25640 60 min ".wviiwdmpW jä • • I 20 j=^r Vilande ben Arbetande ben I» E 12 8 4 _ Vila Arbete Arbete figur 5. A. Visar en typisk Western bfot bifd /rdn en ao /brsökspersonema. De band som syns dr de /em ofika muskefprooema som korts pd en gef, ooer/orfs tiff ett membran ock sedan inkuberats med en antikropp som "kdnner igen" den/bs/orykrade/ormen ao EflK. B. figuren oisar kozznfztatioa mätningar ao Western bfot bifdema. Hdr kan man kfarf se att /bs/bryferingen i oifoprooef dr mycket fdg. Sedan sker en dramatisk Ökning e/ter 30 minuters arbete. En tendens fiff nedgdng syns e/ter 60 minuters arbete, dock dr e^ekfen /brf/ararufe stark, f muskefprooef 15 minuter e/ter a%fufaf arbefe mins&ar /bs/bryferingen ocfz dr 60 minuter g^er aosfufat arbefe dter fiffbakz fiff ufgdngsozrrdef. f def oifarufe benef sker ddremot ingen ökning. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk I d r o t t s f o r s k n i n g nr 3 . 1998 -*&=* Ndgra ao försökspersonerna i studien ao mifokondrieff ATP-produkfion - e/ter aosfufaf frnningspass. Mitokondrierna och träningen En central linje inom den skandinaviska arbetsfysiologin under 1900-talet har varit att studera olika fenomen knutna till de energigivande processerna under arbete och vila. Det galler såväl de syrekrävande (aeroba) som de icke syrekrävande (anaeroba) processerna. Peter Schantz Idrottshögskolan och Karolinska Institutet Ii I och med nålbiopsiteknikens återintroduktion på 1960-talet skulle dessa studier ta steget in i muskulaturen och leda till en mycket livaktig forskning. Den har bl.a. ägnats åt att beskriva vilka anpassningsfenomen som sker vid olika former av träning samt vid inaktivitet. Stort intresse har ägnats åt om, och i så fall hur nivån av de proteiner (enzymer) som katalyserar kemiska reaktioner påverkas. Intresset har fokuserats på de stora delkomplexen i det system som skapar förubättningar för bildningen av energi (ATP) i cellen: glykolysen som sker utanför mitokondrierna i cytoplasman samt fettnedbrytningen, citronsyracykeln och andningskedjan, allt inom mitokondriemas väggar. Man kan sammanfatta fynden med att uthållighetsträning leder till ökade nivåer på enzymer inom alla de nämnda delkomplexen utom glykolysen, medan tung styrketräning inte påverkar något av dessa system. Mycken tankemöda har ägnats att försöka förstå betydelsen av dessa förändringar och det mesta talar för att de är av betydelse for den ökade uthålligheten men inte för nivån på den maximala syreupptagningen. Varför skulle u t h å l l i g h e t e n öka? Varför skulle då uthålligheten öka? Jo, genom en ökad aerob enzymkapacitet menar man att det skapas förutsättningar för en minskad anaerob metabolism och en övergång från kolhydrater till fett som substrat for energiproduktionen. Dessa teorier skapades under 70talet och början av 80-talet. De förutsatte dock förändringar i ett viktigt enzymsystem som vid denna tid inte studerats på människa: det som gör att NADH bildat i glykolysen kan återbildas till NAD' genom processer i mitokondiien (aerob reoxidation) istället för genom den process som leder till mjölksyrabildning PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk I d r o t t s f o r s k n i n g n r 3 . 1998 - t e * figur 1. Scfzemafisk iffusfration ao gfykofysen/gfykogenofysen. Dessutom fzar substrat ocfz produkfer i Zakfaf defzydrogenas reaktionen inkfuderafs. figuren oisar fzur rVAD*ombifdas fiff NADH oid nedbrytningen ao gfukos. Den oisar ocksd atf energi (ATP) krdos men ocksd bifdas i gfykofysen. yid bifdningen ao myzMksyra (Zactafe) dterbifzfas NAD* /rdn NADH ocfi ddrigenom skzpas en /Örutsdf fning /Ör en /brfsaf f nedbrytning ao socker. fgrkorfningama i /zguren sfdr /Ör; G6-f=gfukos-6-/bs/af, DHAP=difrydrozyacefon/bs/af, GAP=gfycerafdefryd/bs^zf, Df G=di/bs/bgfyceraf. Glycoq*n Glucose GAP*—- DHAP NAD NADH Pyruvote (anaerob reoxidation). Behovet av att studera anpassningen i dessa system, som kallas för NADH-skyttlarna, var därför uppenbart. Studierna kom att äga rum under 80-talet. Delstudier belyser helheten De metoder som använts i ovan nämnda muskelstudier bygger på tanken att man genom att studera en del kan få ett begrepp om helheten Så har t.ex. kapaciteten i citronsyracykeln ofta studerats genom att man mätt aktiviteten hos ett eller flera s.k. markörenzymer. Helheten, det sammansatta systemet^ har inte gått att komma åt då det har fordrat alltför stora provmängder. Men i slutet av 80-talet kom en teknik som skulle ändra på det och den andra delen i denna arökel beskriver resultat från den första studien av anpassningsfenomen i människans mitokondrier studerade som en sammansatt enhet. Utgångspunkten for denna artikel har varit att kortfattat informera om dessa studier då de inte tidigare beskrivits i ett mer populärvetenskapligt sammanhang. Mängden av NAD+ i muskeln är emellertid liten. Den motsvarar 1/50-1/100 av den mängd som behövs per minut vid tyngre fysisk ansträngning (1). Därför krävs det att NADH snabbt oxideras så att NAD' återbildas. Annars upphör glykolysen, och den bildning av energi (ATP) som sker i dessa steg, inom någon till några sekunder. Återskapandet av NAD* kan ske på två olika sätt: 1) anaerobt, genom ombildning av pyruvat till mjölksyra (laktat) i cytoplasman (se fig 1), och 2) aerobt, vid andningskedjan i mitokondriema. Det finns emellertid ett hinder för att den senare mekanismen ska kunna verka: det inre mitokondriemembranet släpper inte igenom NAD+ eller NADH från cytoplasman. Goda skäl föreligger för det, men det leder också till behovet av transportmekanismer för NADH. Lösningen kallas for NADH-skyttlar och de är två till antalet: NADH och m i t o k o n d r i e m a 1) malat-aspartat (MA) skytteln (Gg. 2) Under glykolysen reduceras koenzymet NAD* till NADH (fig. 1). 2) alfa-glycerofosfat (GP) skytteln Man skulle kunna säga att skyttlarna genom ett cykliskt flöde av metaboliter utgör en sorts maskerad transport av NADH och NAD"*" över mitokondriemembranen. I malataspartat skytteln reduceras oxalacetat öll målat ute i cytoplasman samödigt som NADH oxideras öll NAD"*". Därefter transporteras målat in genom mitokondriens båda membran och väl där sker den omvända reaktionen: NADH återskapas och kan sedan oxideras i andningskedjan med efterföljande ATP-produköon som följd (6g. 2 och 4). I alfa-glycerofosfat skytteln är mekanismen lite annorlunda. Här reduceras dihydroxyacetonfosfat öll glycerol-3-fosfat i cytoplasman. Den motsatta reaköonen sker i mitokondriens inre membran. Någon transport över det inre mitokondriemembranet krävs således inte (Gg. 3). Vad händer då med dessa enzymer när man uthållighetstränar en muskel? Jo, med 8 veckor av cykelträning, 4 x 40 min/vecka på 70-75% av den maximala syreupptagningen höjdes lårmuskulaturens (m. vastus lateralis) enzymnivåer i malataspartat skytteln med i snitt 45%, medan inget hände med alfa-glycerofosfat skytteln (2). PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor -i&r Svensk I d r o t t s f o r s k n i n g nr 3 * 1998 Inga skillnader I en annan studie belystes effekten av styrketräning genom att jämföra otränades och styrketränades axelmuskulatur (m. deltoideus)(4). Inga staösöskt säkerställda skillnader kunde noteras. Det verkar således som om styrke- och uthållighetsträning har skilda effekter på NADHskyttlama. Detta är i linje med vad man ödigare noterat för enzymnivåema i dtronsyracykeln, andningskedjan och fettsyraoxidaöonen. Ett altemaövt sätt att återskapa N AD* från NADH med hjälp av syre har föreslagits vara via ett enzym som heter cytokrom bg reduktas. Det sitter i det yttre mitokondriemembranet och kan reducera cytokrom bg i utrymmet mellan mitokondriemembranen. Cytokrom bg skulle i sin tur, menar man, reducera cytokrom c som kan oxideras av cytokrom-c-oxidas knutet öll andningskedjan i det inre mitokondriemembranet. Vi har studerat nivåerna av cytokrom bg reduktas i olika tränade muskler och det mesta talar for att man vid uöiållighetsträning får en anpassning i detta enzym på motsvarande sätt som i malat-aspartat skyttelns enzymer (4). MALATE-ASPARTATE aspartate , SHUTTLE NADH NAO I t r* oxaloacetate —' oc- ketoglutarate glutamate ot- kefoglutarate glulamate asparlate *-» malate malate oxaloacetate NADH NAD mMDH figur 2. Mafaf-asparfaf skz/ftefns reaktioner ocfz /födesrikfningar. förkortningarna anger skyffefns enzymer; mASAf ocfz cASAT = mitokomfrieff t ocfz cyfopfasmatiskf asparfaf aminofrans/eras, mA4DH ocfz cMDH = mitokondriefft ocfz cyfopfasmatiskf mafaf defrydrogenas. ALPHA - GLYCEROPHOSHATE SHUTTLE Följer mönster Hur är då de olika fibertyperna beskaffade vad gäller dessa mekanismer för att ta hand om cytoplasmaöskt NADH? Jo, nivåerna av malat-aspartat skyttelns enzymer är 20-60% högre i de långsamma fibrerna, medan de snabba fibrerna å sin sida har ca 20 % högre nivåer av alfa-glycerofosfat skyttelns enzymer (3). Här följer malat-aspartat skytteln det mönster man ödigare sett hos mitokondriella enzymer, medan alfa-glycerofosfat skyttelns enzymer speglar de glykolyöska enzymernas nivåer i olika fibertyper. Vad betyder då detta? Först kan vi konstatera att malat-aspartat skytteln anses vara den kvanitaövt sett mest betydelsefulla skytteln. Av det följer att uthållighetsträning verkar ge en betydande ökning i kapaciteten att i cytoplasman återskapa NAD+ från NADH med hjälp av aeroba processer i mitokondriema, samt att denna kapacitet är högre i de långsamma fibrerna än i de snabba. Därigenom motverkas mjölksyrabildning och de konsekvenser den dihydroxyacetone gtycerol - 3 - phosphate phosphate mGPDH figur 3. Af/iz-gfycero/bs/af skyffefns reaktioner ocfz /fddesrikfningar. förkortningarna anger skyffefns enzymer; mGPDH ocfz cGPDH=mifokondriefft ocfz cyfopfasmafiskf gfycerof-3-/bs/hf defrydrogenas. får. Dessutom skapar det förutsättningar för en lägre glykolyshasöghet och därmed att kolhydraterna i muskeln räcker längre. Detta är i sin tur en fördel for muskelns uöiållighet. Som en sammansatt enhet Att med hjälp av markörenzymer i olika delkomplex av system försöka förstå hur de energigivande proces- PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor t\ Svensk Idrottsforskning nr 3* 1998 - t e * serna påverkas av träning har, som nämnts, varit den väg arbetsfysiologema har beträtt i sitt sökande. Det innebär att vi med viss säkerhet kan uttala oss om delar, men måste vara mindre säkra, eller snarare osäkra på om dessa delar verkligen speglar funköonen hos intakta organeller i cellorna. Glykogan PFK Glvkolvsan Pyruvat Ett möjligt steg i riktning mot att förstå den helhet som mitokondriema utgör skapades i slutet av 80-talet när en metod utvecklades som möjliggjorde mätningar av deras energibildning med mycket små provmängder. Succinat Detta ledde öll att effekterna av träning och inakövitet kunde studeras (5). Träningen bestod av cykling 4 x 36 min/vecka i sex veckor på en belastning som motsvarade 70% av maximal syreupptagning. Därefter studerades effekten av tre veckors nedträning. Muskclprover togs ur ketoglulmrml lårmuskeln vastus lateralis. Proverna delades upp i mindre bitar som sedan analyserades för enzymnivåer respeköve mitokondriell energibildning med olika former av utgångsprodukter. Detta möjliggjorde en analys av Lex. anpassningen i mitokondriemas förmåga att producera energi med substrat från glykolysen Ascorbal TMPD t e respeköve fettnedbrytningen (fig 4). Förändringarna i enzymnivåer (de- figur 4. ScfzezTiafisk 6eskrfoning ao ofika energiformers nedtryfningsodgar i mifolarna) jämfördes sedan med förän- korzdrien. figuren oisar de anafyserade enzymemas fdge samt de sifÄsfrat som dringarna i det sammansatta mito- anodnfs oid anafys ao mitokondriemas ATP-produkfzbn. kondriella systemet (helheten). Stora f ö r ä n d r i n g a r Resultat visas i figur 5. Här är inte avsikten att gå igenom dessa i detalj utan istället peka på några viköga fynd. Maximal sömulering av mitokondriemas energiproduköon nås med substrattombinaöonen PPKM. Som framgår av figur 5 ökade dess nivåer med 70 % under de sex veckorna av träning. Detta är förvånansvärt stora förändringar, och de speglas bäst av förändringarna i markörenzymet cytox som finns i andningskedjan. Som framgår faller denna ökade kapacitet ganska snabbt efter det att träningen upphört. Förändringarna kan förklaras med förändrade mängder av mitokondrieprotein, dvs mitokondriema har i sig inte en ändrad effektivitet i att producera energi, vilket annars vore en tänkbar anpassningsmeka- En annat v i k ö g t f y n d är den remar- kabla kapacitetsökningen (90 %) i energibildning via fettnedbrytning (se PKM i fig 5). Här kan man konstatera att det markörenzym som använts for att belysa förändringar i kapacitet för fettnedbrytning (HAD) bara ökar med 20 %, en förändring som dock inte är signifikant. Studien visar därmed på den osäkerhet som erhålls när man studerar delen, men inte helheten Det intressanta i detta sammanhang är också att om man jämför ökningen i kapacitet för energiproduköon från fett (90 %) med den med glykolysens slutprodukt pyruvat (se PM i fig 5) som substrat (50 %), är alltså ökningen i kapacitet for fettnedbrytning mycket större. Detta är intressant då det på mitokondriell nivå ger ett bidrag öll en möjlig förklaringsgrund, som Ödigare saknats, för det faktum att man efter träning förbränner mer fett och mindre kolhydrater. Få eller inga u p p r e p n i n g a r Avslutningsvis, jag har här försökt visa på några av de referade studiernas vikögare resultat. För den som är intresserad av en fördjupad bakgrund och diskussion hänvisas öll dem. I samöiga fall handlar det om aspekter som for första gången studerats på människa. Då det ännu idag finns få eller inga upprepningar av dessa studier får de resultat som här har beskrivits ses som indikaöoner på vad som i fram öden kan komma att visa sig vara hållbara sanningar, eller det motsatta. Referenser (1) Schantz, P. C. 1986. Plasticity of human skeletal musde. Acta Physiologica Scandinavica, vol 128, suppl. 558. (2) Schantz, P. G., Sjöberg, B & Svedenhag, J.1986. Malate-aspartate and alpha-glycerophosphate shuttle enzyme levels in human skeletal muscle: methodological considcrations and effect of endurance training. Acta PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor -#%r Svensk Idrottsforskning nr 3 • 1998 Enzvmer a)CYTOX b) NCR c)CS d)GDH e) SCA 90 90 f)PFK g) HAD @ 80 i 80 hjMDHmit i)MDHcyt g 70 &70 3 40 b 30 d 20 e.f 9 h 2 -10 6 Träning 6 9 9 Veckor Veckor I l_Nedträning_l Träning I IJIedträningJ f^gur 5. förändringar i mazimaf syreupptagning, ofika enzymers akfiozfet ocfz mifokondrieff AfP-oifdning med trdning ocfz nedfrdning. De of iÄaz enzymemas rof fer /ramgdr ao /igur 4. f örkorfninguma ao de su&sfrafkomfnnofioner som fzar anodnfs dr /bfyande; Sj{ = succinat + rofenon, PM=pymoat + mafat, PXM=pafmiofyf-fcamifin + mafat, AKG=af^z-ketogfufunzf, TA=fMPD + ascorkzf ocfz PPKM=pymoaf + pafmiofyf-kamifin + af/iz-kefogfufaraf + mafaf. Physiologica Scandinavica, 128: 397-407 (3) Schantz, P. G. & Henrikssson, J. 1987. Enzyme levels of N A D H shuttle systems: measurements in isolated muscle hbres from humans of differing physical activity. Acta Physiologica Scandinavica, 129: 505-515. (4) Schantz, P. G. & Källman, M. of the N A D H shuttle cnzymes and cytochrome b5 reductase in human skeletal muscle: effect of strength training. Journal of Applied Physiology 67:123-127. muscle to endurande training and dctraining. Journal of Applied Physiology 73: 2004-2010. (5) Wibom, R., Hultman, E., Johansson, M., Mathcrci, K., Constantin-Teodosiu, D. & Schantz, P.G. 1992. Adaptaöon of mitochondrial ATP-production in human skeletal PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk I d r o t t s f o r s k n i n g nr 3 * 1998 -)%=- Chisandra och fysisk prestationsförmåga På marknaden för naturmedel finns ett flertal produkter som med ett gemensamt namn kallas adaptogener. Adaptogener är en familj preparat som verkar återställande på en organism som är satt ur balans i någon bemärkelse. Exempelvis verkar det uppiggande på den som lider av sömnbrist och fysiskt stärkande på den som är fysiskt utmattad. Den anses alltså inte förbättra prestationsförmågan hos den som redan är i balans och utvilad. »mm Syftet med föreliggande studie var att studera effekten på den fysiska prestationsförmågan av en av dessa adaptogener, Chisandra Adaptogen (CA). Preparatet skall enligt producenten höja psykisk och fysisk prestationsförmåga; framförallt mer högintensiv prestation samt spänst. Direkt efteråt togs 25 ml kapillärblod för analys av mjölksyrekoncentration Denna utfördes med hjälp av en YSI 2300 (Yellow Springs Instruments, Yellow Springs, Ohio, Örjan Ekblom Institutionen för Fysiologi och Farmakologi, Karolinska Institutet Efter Beep-testet gavs ca trettio minuters vila innan tre maximala upphopp med armsving (sk Serganfs Jump) gjordes. Hopphöjden mättes elektroniskt med en Digitest 1000 Ergojump (Bosco Systems, Finland). Tre försök gavs. Fem minuter senare genomfördes ett Wingate test, vilket är ett trettio sekunders maxtest på cykel Försökspersonen skall genomföra maximalt antal varv under trettio sekunder på en belastning som motsvarar 8 % av kroppsvikten. Testet enomfördes på en Cardionics-ergometer (Cardionics AB, Bandhagen Sverige) Trampfrekvensen mättes elektroniskt och data överfördes till en dator för bearbetning. Maximal trampfrekvens och sk trötthetsindex bestämdes. Trötthetsindex beräknas som högsta trampfrekvens minus lägsta trampfrekvens dividerat med Design För att studera effekten av CA på fysiskt utmattade individer genomfördes våren 1998 en studie vid Institutionen for fysiologi och farmakologi, Avd. för fysiologi. Som försökspersoner valdes spelarna i ett fotbollslag samt ett antal studenter vid Idrottshög-skolan, Stockholm. Studiedesignen var placebokontrollerad, dubbelblind, cross-over. Mängd och tidpunkt för intag hade föreslagits av företrädare för producenten. Procedur Samtliga hade på kvällen före testdagen genomfört långvarig, hård träning så att de var märkbart påverkade av denna på testdagen Försökspersonerna anlände till laboratoriet på eftermiddagen på testdagen De hade blivit instruerade att inte inta föda eller stora mängder föda mindre än tre timmar före försöket. Efter at ha druckit en dos CA eller placebo genomfördes en trettio minuters uppvärmning i grupp. Preparatet och placebo, ca 100 ml i flytande form, levererades direkt från producenten i mörka flaskor märkta med kod, vars innebörd endast var känd av producenten Efter uppvärmning genomfördes ett Beep-test (National Coaching Foundation, Leeds, Storbritannien). RESULTAT A V TESTERNA Tab 1. Resultat f r å n arbetstesterna. n= 16 Beep Medel SD CA 12,25 1,30 Hopp (cm) Placebo 12,41 1,13 CA 57 Placebo 57 Wingate (rpm) Trötthetsindex (%) CA 113,4 CA 34,8 Placebo 114,9 Placebo 36,8 Tab 2. Resultat f r å n analysen av mjölksyrekoncentration. n=14. Medel SD Mjölksyra Beep (mmol/l) Mjölksyra Wingate (mmol/l) CA 10,73 2,54 CA Placebo 10,86 3,35 Placebo PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor -ter Svensk Idrottsforskninq nr 3 * 1998 den högsta trampfrekvensen. Vid det andra testtillfället var proceduren den samma, men med omvända behandlingar. sökspersonerna inte var trötta nog, att de skulle ha genomfört ytterligare ett träningspass, exempelvis en öll två ömmar före försöket. Resultat Fortsatta studier Tabellerna här intill visar resultaten från testema. Ingen signifikant förändring kunde uppmätas på någon av de studerade parametrarna. En anledning öll att denna söidie genomfördes vid insötuöonen är ett intresse kring återhämtning efter hårt arbete och olika faktorer som påverkar denna. Av samma anledDiskussion ning har ett samarbete inletts med försvaret; Kustjägarkompaniet, Syftet med denna studie var att stu- KA1, Vaxholm. Utbildningen öll dera effekten av Chisandra Adap- kustjägare är mycket fysiskt och togen på fysisk prestationsförniåga. psykiskt krävande. Frekvensen av Ingen av de studerade parametrarna överbelastingsskador och antal solförändrades signifikant. Dessa var dater som pga skador avbryter föreslagna av producenten. Vi har utbildningen har under många år dock inte studerat någon respirato- varit allönr hög. Sammanlagt komrisk parameter, ej heller har vi stude- mer ca 120 soldater att följas under rat reaktioner vid submaximalt arbe- ett helt utbildningsår, vara en mindre grupp mer noggrant. Parametrar som kommer att studeras är exemEn tänkbar förklaring öll att signifi- pelvis energibalans, prestaöonsntkanta förändringar uteblev är att för- veckling (styrka och aerob/anaerob kapacitet), olika markörer för överansträngning eller överträning samt mentala parametrar. Preliminära data från studier xmder sommaren visar på oväntat stora energiutgiftcr och andra intressanta förändringar i samband med en veckas övningar. Vila (fysisk inakövitct) anses allmänt vara den bästa behandlingen vid överbelastningsproblemaök. Det är dock inte ett altemaöv i samband med kustjägarutbildning, eftersom en mycket stor mängd utbildning, innebärande en mycket stor mängd fysisk akövitet, måste genomföras xmder en begränsad ödsrymd. Huruvida Chisandra Adaptogen kommer att användas i kustjägar projektet återstår att se, men xmder senare delen av utbildningsåret planeras en intervenöonsstudie. Möjligen kan en förstärkning av energiintaget eller någon form av supplementering vara en del bland flera andra. /brmefb proc (f W. Den pWerade sWien sx/fhzr W g f%7f off studera hur eff öW engrgzinfgg pA%rÄ%%r sAWe/rekDensg». PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 * 1998 - t e * Kurs i arbetsfysiologi med inriktning mot idrott m m m Kursen genomfördes våren 1998 i samarbete mellan insötuöonen for Fysiologi och Farmakologi vid Kl och Idrottshögskolan. Den erhöll finansiellt stöd från CIF. Kursledare var Kent Sahlin och han hade gjort ett gediget arbete med att samla mycket kompetenta föreläsare som "kittlade" deltagarna öll stort engagemang och livfulla diskussioner. Kursen omfattade 10 poäng och bestod av fem träffar med 2-3 dagar vid varje träff. Detta innebar intensiva föreläsarblock varvat med laboraöoner/demonstraöoner samt en hel del läsning på "hemmaplan". Teori och praktik varvades på ett posiövt och genomtänkt sätt. Som kurslitteratur användes Willmore & Cosölls bok "Exercise Physiology" samt ett stort antal vetenskapliga aröklar från olika ödskrifter. Kunskapsområden som behandlades var bLa. central och perifer cirkulaöon, respiraöon, aerob och anaerob träning, uttröltning/prestaöon, nuöiöon och fysiologiska tester. Kursen avsluta- HC Holmberg Kursdeltagare och blivande doktorand vid institutionen för Fysiologi och Farmakologl, Karolinska Institutet des med skriftlig tentamen och en munöig redovisning av projektarbeten. Dessa var valda bland högaktuella frågeställningar inom idrotten t.ex. höghöjdsträning, laktattransport och överträning. och idrottsfysiologi, öllsammans med föreläsarnas stora engagemang gavs kursen mycket "näring" och många berikande diskussioner både inom och utanför schemat. Arbetsfysiologi har en stark öadiöon i Sverige och "Fysiologen" vid Kl och Idrottshögskolan har ett högt intemaöonellt anseende. Med tanke på den goda respons kursen gav och det arbete som föreläsarna presenterade så är intrycket att detta engagemang torde innebära goda förutsättningar att driva den öllämpade fysiologiska forskningen framåt. Kursen kommer att genomföras vartannat år och övertecknad kan Det var många sökande öll kursen varmt rekommendera den öll Dig men endast 25 deltagare kunde bere- som vill nå en fördjupning i hur den das plats. De flesta deltagarna var mänskliga organismen fungerar yrkesverksamma på helöd och under fysiskt arbete. representerade olika yrken t.ex. sjukgymnaster, läkare, idrottslärare "Mif/oner människor sdg dppkf /izf&z, och nutriöonister. Med denna varie- mg» def mzr hzm Nietofon som /rdgode rande bakgrund och det gemensam- wr/5r". ma intresset för fortbildning i arbets- LTndgroismngen om/izffor äoen kboratrowr, danoMsfrotiorier ock ggef /iVrd/wpnmgsarfwtg. Här insrnffnzr fMSÄfurrongris (foA^oromigr Aur musWpreporaf arnzfyseras. T.u. Mx%ogf Soensson ock f. A. Christer Mafm. Fofo Artwr Fors6erg. PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor Svensk Idrottsforskning nr 3 * 1998 - t e * Kurser och utbildningar vid institutionen för Fysiologi och Farmakologi m m m Karolinska Tnsööitet (Kl) är ett medicinskt universitet som genom utbildning, forskning och informaöon ska bidra öll att förbättra människors hälsa. Kl har en kompleö utbildningsprofil inom vård och hälsa, landets största centrum for medicinsk utbildning och forskning. Friskvårdskurser Professor Björn Ekblom, insötuöonen för fysiologi och farmakologi, avdelningen for humanfysiologi, genomförde under läsåren 1985/86 1990/91 i samverkan med bl.a. Idrottshögskolan och Lärarhögskolan i Stockholm 6 st 20-poängskurser omfattande 0 öll 60 poäng inom ämnesområdet friskvård/folkhälsovetenskap. Kurserna, som hade högkvalificerade föreläsare inom ämnesområdet, var mycket uppskattade såväl av studenter som arbetsgivare. Folkhälsovetenskap, 120 poäng I september 1992 erhöll Kl från Utbildningsdepartementet en förfrågan om insötutet kunde öka antalet utbUdningsplatser inom det medicinska utbildningsområdet. Bakgrunden var den att det inte fanns öllräckligt med platser vid universiteten för de studerande, som gått ut gymnasieskolan och hade allmän behörighet för universitetsstudier, i kombinaöon med det rådande arbetsmarknadsläget med lågkonjunktur och hög arbetslöshet. I det sammanhanget fick insötuöonen en förfrågan om insötuöonen kunde tänka sig att ge någon utbildning för dessa studerande. Eftersom insötuöonen hade lång erfarenhet av att ge olika kurser inom ämnesområdet friskvård/folkhälsovetenskap resulterade det i att insötuöonen skulle ge fristående kurser inom ämnesområdet Prevenöv Medicin/ Fysisk aktivitet/Friskvård. Mot ovanstående bakgrund startade insötuöonen vårterminen 1993 en sammanhållande utbildning i Prevenöv medicin: friskvård-fysisk 5 poäng Folkhälsa 5 poäng Friskvård I 5 poäng Friskvård II Kurssekreterare Fysiologi I (grundläggande vid Institutionen 5 poäng fysiologi) för Fysiologi och Fysiologi II Farmakologi 5 poäng (neurofysiologi) Fysiologi III (öllämpad fysiologi) 5 poäng Humanbiologi (fördjupningskurs) 10 poäng Hälsoekonomi, ledarskap akövitet (senare ändrad öll Preven- och organisaöon 5 poäng Öv medicin-friskvård/Health pro- Hälsopedagogik 5 poäng moöon) omfattande 0-20, 21-40, 41- Hälsopsykologi I 5 poäng 60 poäng med möjlighet öll val av Hälsopsykologi II 5 poäng kompletterande kurser öll 120 och Medicinsk orientering 5 poäng 160 poäng. Därefter startade ytterli- Näringsläral 5 poäng gare två kurser höstterminen 1993 Näringslära II 5 poäng och höstterminen 1994. Ansvarig Psykosocial miljömedicin, 5 poäng lärare var professor Björn Ekblom Tränings- och rehabilisom också hade det övergripande teringslära 5 poäng och koordinerande ansvaret av kurs- Uppsats med forskmoment samt undervisnings- och ningsmetodik 15 poäng examinaöonsansvar. Kurserna hade en tvärvetenskaplig Kurserna kunde läsas som ett sam- profil och avsåg att ge en bred manhängande kursprogram upp öll utbildning i ämnesområden som har 120 poäng eller, i mån av plats, som betydelse for individens och befolken eller flera fristående kurser ningens hälsa. Det övergripande omfattande 5, 10 eller 15 poäng. målet för kursprogrammet var att ge Under vårterminen 1993 - vårtermi- baskunskaper i medicin, humanbionen 1997 genomfördes 56 fristående logi och betccndevetenskap för att kurser i Prevenöv medicin-frisk- därigenom få insikter i hur ohälsa vård/Health promoöon. Sista kur- och sjukdomar uppkommer, hur sen anordnades vårterminen 1997. dessa är relaterad öll levnadsvanor Totalt antogs 98 studenter öll den och livssöl, hur ohälsa kan förebygsammanhållande utbildningen och gas och hälsan förbättras samt den 2157 studenter öll de 56 fristående roll olika livssöls- och samhällsfakkurserna som ingick i utbildningen. torer kan ha i detta sammanhang. Följande fristående kurser gavs Undervisningen baserades på veteninom ramen för den sammanhållan- skap och beprövad erfarenhet. de utbildningen: Kristian Hagfors Utvärdering och u p p f ö l j n i n g Anatomi Arbete och hälsa I, Arbete och hälsa II, Beteendevetenskap I (pedagogikens grunder samt eök, moral och hälsohistoria Beteendevetenskap II (utveckling, socialisaöon och undervisningsprocessen Biostaösök Epidemiologi 5 poäng 5 poäng 5 poäng 5 poäng 5 poäng 5 poäng 5 poäng Idag finns fem års samlade erfarenheter från en postgymnasial utbildning i folkhälsovetenskap. De utvärderingar som har gjorts visar att den sammanhängande utbildningen och de fristående kurserna har varit mycket uppskattade av såväl studenter som lärare och inbjudna föreläsare. Som framgår av nedanstående tabell erhöll kurserna sammantaget ett mycket posiövt och högt värde vid utvärderingen. Detta talar PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor ter Svonsk Idrottsforskning nr 3 o 1998 för att det grundläggande konceptet i detta kursutbud har varit bra. Enkätfrågorna har besvarats på en skala från 0 (negaövt/motsv) öll 7 (posiövt/motsv). Följande enkätfrågor har ställts öll kursdeltagarna: Enkätfråga Medianvärde Hade du öllräcklig förkunskaper för att öllgodogöra dig kursinnehållet? Är du nöjd med de undervisningsformer som förekom under kursen? Är du nöjd med lärarnas pedagogiska skicklighet? 6 6,5 Var tentamen relevant med hänsyn öll kursens mål och innehåll? 5,5 6 Var kursens längd anpassad öll dess innehåll? Ar du på det hela taget nöjd med kursen? Folkhälsovetenskap, fördjupningskurser 41-60 poäng, tCnivå). Fördjupningsnivån består av ett antal kurser som ger studenterna möjlighet att profilera sig i klkhälsoveteixskapens olika delar. Uppdragsutbildning * Folkhälsovetenskap, fördjupningskurs 61-80 poäng, (Dnivå). Ett självständigt arbete, omfattande 20 poäng med inriktningen mot ödigare vald fördjupningskurs. * Biomedicinsk översiktskurs, 20 poäng. Kursen syftar öll att ge översiköig kunskap om kroppens uppbyggnad och funktioner, om cellbiologiska och fysiologiska processer och de störningar som kan ge upphov öll sjukdomar och annan ohälsa hos människan. 6 År du nöjd med läramas engagemang? Vad anser du om kurslitteraturen? skoleutbildning, 60 poäng. Insötuöonen för fysiologi och farmakologi, avdelningen för humanfysiologi, är under det kommande läsåret 1998/99 engagerad såväl i den folkhälsovetenskapliga grundkursen som den biomedicinska översiktskursen. Insötuöonens engagemang på fördjupningsnivån 41-80 poäng som ges under läsåret 1999/00 är ännu inte fastställd. 5,5 * Tycker du att de angivna kursmålen uppfyllts? 1-40 poäng (A/B-nivå). I grundkursen behandlas de folkhälsovetenskapliga begreppen, sjukdomspanoramat och viss sjukdomslära vidare epidemiologins grunder, åtgärder för att förebygga sjukdom och hälsofrämjande insatser samt sjukvårdens uppbyggnad, modeller för prioriteringar och hälsopoliöska analysmetoder. 5,5 6 63 procent av de studenter som antogs öll den samlade utbildningen i Prevenöv medicin har avslutat sina soldier och erhållit en kandidatexamen omfattande 120 poäng inom huvudämnet folkhälsovetenskap. Det önns god chans att ytterligare studenter når denna gräns. Rera har gått vidare öll masterutbildningen vid Kl. På de 56 genomförda kurserna har cirka 360 personer genomfört enstaka eller flera kurser. För att erhålla en magisterexamen vid Kl i folkhälsovetenskap krävs sammanlagt 160 poäng högskolepoäng varav minst 80 poäng i folkhälsovetenskap, biomedicinsk översiktskurs, 20 poäng samt valfri hög- Kl bedömer att behovet av fortbildning och vidareutbildning kommer att öka krafögt i framöden. Enligt Förordning om uppdragsutbildning vid universitet och högskolor (SFS 1997:845) får stadigt universitet och högskolor från och med 1 januari 1998 bedriva uppdragsutbildning. Med uppdragsutbildning avses utbildning som anordnas mot avgift från annan än enskild for person som uppdragsgivaren utser. Ett universitet eller en högskola får bedriva uppdragsutbildning som knyter an öll sådan grundläggande högskoleutbildning som universitetet eller högskolan har examensrätt for. Mot den bakgrunden har insööiöonen under läsåret 1997/98 låöt utreda och planera för möjligheterna att bedriva uppdragsutbildning inom det folkhälsovetenskapliga ämnesområde med avsikten att ge uppdragsutbildning inom ämnesområdena friskvård samt grundläggande och tillämpad näringslära omfattande 5 poäng vardera. CIF finns också på Internet @ * I g o m a * IDROTT OCH FORSKNING k MfdklwikAbg | HihUtr 13 ivtro* Mrettifw*»nVtfl 11 Folkhälsovetenskap Höstterminen 1998 startar Kl en ny grundutbildning i folkhälsovetenskap. Närmare 150 sökande konkurrerar om de 40 platserna. Utbildningen blir tvärvetenskaplig men med betoning på folkhälsa och leder fram öll magisterexamen, med minst 80 poäng i huvudämnet folkhälsovetenskap. Utbildningens uppläggning: * Folkhälsovetenskap, grundkurs, F:s uppdag ar *&#**.simwJni teh iiMjj #Wmh§inom iiionens oatUt, F 5ldd|« m i n k IJratWonUilnj nenom on.. H; , : ^:/--.--:-, ii-:, r.; i ;.-.:.-•-, |-; x-, i ; , .- .-••.•.- ;; -L----' n -.-•--•• ! r ; ^;[ www.svenskidrott.se/cif PDF compression, OCR, web optimization using a watermarked evaluation copy of CVISION PDFCompressor