Kroppens energi omsätts med hjälp av kroppens energivaluta ATP. Din kropp gör om maten (kolhydrater, fett och protein) till muskelbränsle som på olika sätt kan växlas till ATP. Kroppens fem viktigaste bränslen är:
Om du tränar blir du bättre. Men vad är det som händer i kroppen? Vad är det som aktiverar dina energireserver så att du kan träna med hög intensitet? En stor del av svaret handlar om enzymer.
Enzymer är proteiner som förändrar hastigheten på kemiska processer. För löpare är kanske AMPK, som reglerar en stor del av kroppens metabolism, den mest kända. AMPK ansvarar för flera biokemiska kedjor kopplade till konditionsträning.
Cellens energisensor
Det fullständiga namnet på AMPK är 5′-AMP-aktiverat proteinkinas. AMPK känner av förbrukningen av energi (ATP) och fungerar ungefär som en strömbrytare. När du ökar din energiförbruking slår AMPK på nedbrytande, katabola
Som löpare är du beroende av dina mitokondrier. De förbrukar syret du andas och de ger dig merparten av energin till musklerna i form av ATP. Träning utsätter dessa mitokondrier för stress, vilket leder till att de svagaste dör. Der ger fler och bättre mitokondrier på sikt.
För att springa krävs energi och den skapas till stor del i cellernas mitokondrier. De brukar kallas cellens kraftverk, men är egentligen mer som batterier. Precis som batterier tappar de också laddning med tiden. Laddning kommer från matens elektroner. Dessa elektroner upprätthåller spänningen genom att pumpa vätejoner genom mitokondriens membran. När vätejonerna faller tillbaka genom vattenkraftsliknade enzymer i membranet pressas nytt ATP samman av ADP och en fosfatgrupp. Under en dag omsätter du mer ATP än din egen kroppsvikt.
Varje syra har en bas. En bas är ett ämne som kan ta upp en vätejon (H+, alltså en vätejon som tappat sin negativa elektron). Ett exempel på en bas är ammoniak (NH3). När ammoniak hälls i vatten, reagerar ammoniakmolekylerna med vattnet och tar en vätejon/proton från en vattenmolekyl H2O och kvar av vattenmolekylen blir då en hydroxidjon (OH-). En syra är ett ämne som tvärtom avger en vätejon.
Hur sur eller basisk en lösning är mäts med pH-värde. Rent vatten är neutralt - en vattenmolekyl (H2O) kan delas i en hydroxidjon och en vätejon (OH- och H+). Vatten går jämnt upp eftersom OH- + H+ = H2O. När det finns fler vätejoner i vattnet är det surt (H3O+) och när det finns fler hydroxidjoner är vattnet basiskt. Syror och baser existerar ofta tillsammans och kan förändras fram och tillbaka mellan varandra. När pH sjunker, betyder det alltså att fler basiska molekyler omvandlats till syramolekyler. Den kritiska punkten är när det finns 50 procent av både bas- och syramolekyler.
Laktat är mjölksyrans bas, det vill säga laktat saknar en vätejon. För mjölksyra ligger den kritiska punkten vid ett pH på 3,86 (mycket surt alltså, nästan som magsyra). Det är långt under blodets pH-värde som är 7,4. Det är därför vi inte kan ha mjölksyra i blodet när vi springer. Större delen av mjölksyran i blodet skulle tappa en vätejon och bli laktat. Under intensiv träning kan pH sjunka ner mot 6 och då finns det fortfarande 100 molekyler laktat på varje molekyl mjölksyra. Mjölksyran är en myt.
Men varför sjunker pH-värdet? När cellerna skapar energi splittras ATP och denna process frigör vätejoner. Det är troligen de vätejonerna som sänker pH-värdet. Det har inget direkt samband med mjölksyra. Men eftersom vätejoner och laktat uppträder tillsammans och lämnar cellen med samma transportör, trodde man tidigare att laktat var mjölksyra. När du mäter hur mycket laktat du har i blodet, mäter du alltså egentligen indirekt mängden vätejoner.
Muskler behöver energi i form av ATP. Mängden ATP i en kropp är runt 250 gram, men under t. ex. ett ultralopp förbrukas hundratals kilo ATP. Detta är möjligt genom att ATP återanvänds.
Mjölksyra till vänster och laktat till höger. De blandas ofta samman. Skillnaden är vätejonen/protonen (H+).
När du börjar springa skapas ATP av kreatinfosfat. Efter 5-10 sekunder används kolhydrater i form av glukos och glykogen för att tillverka ATP. Denna process kallas glykolys. Slutprodukterna från denna reaktionsväg är pyruvat, ATP och NADH. Pyruvat går vidare till citronsyracykeln, som skapar ytterligare ATP och NADH. Denna reaktion är kopplad till elektrontransportkedjan. I elektrontransportkedjan skapar elströmmen från NADH större delen av kroppens ATP och dessutom återskapas NAD+ från NADH.
Laktat är en resurs
Vid hård löpning samlas det upp mycket pyruvat i muskelcellerna, eftersom mitokondrierna inte hinner förbränna dem. Därmed blir det till slut brist på NAD+, som är nödvändigt för glykolys. Det är då som laktat träder in som räddare. Enzymer fäster en vätejon på pyruvat och förvandlar den till laktat. Denna process både regenererar NAD+ och tar upp sura vätejoner, vilket gör att glykolysen kan fortsätta och du kan fortsätta springa.
Muskler blir inte sura pga att det frigörs vätejoner i glykolys. Det är bara att räkna dem i tabellen längre ner. Det frigörs fyra i de första stegen, men i slutat av kedjan konsumerar två pyruvatkinas varsin vätejon samtidigt som ATP och pyruvat skapas. I nästa steg binds en vätejon till varje pyruvat, vilket ger laktat (pyruvat+vätejon=laktat). Laktat är alltså en buffer. Laktat minskar surheten. Därmed är nettot noll.
Pyruvatkinas förbrukar vätejon/proton (H), skapar ATP och pyruvat. Bild: enzymsidan
Glukos som kommer från glykogen (längst till höger i tabellen nedan) passerar inte genom första steget hexokinas (som dessutom kräver en ATP) och därmed frigörs bara tre vätejoner. Nettot är därmed en vätejon mindre, dvs en basisk reaktion. De som tror att glykolys (anaerob) leder till sura muskler bör kolla detta flöde igen.
De sura vätejonerna skapas troligvis vid hydrolys av ATP. De kan bidra till en brännande känsla, men frågan är om du upplever en brännande känsla för att det pratas så mycket om hur mjölksyra bränner köttet från benen. Dina upplevelser formas i hjärnan som baserar sina prognoser - som är din upplevelse - på kända kategorier. I en andra kulturer kanske trötthet beskrivs med andra begrepp.
Om du fortsätter springa fort ackumuleras laktat. Det som inte blir till pyruvat igen skickas vidare till levern, som bygger om laktat till ny glukos som sedan skickas tillbaka till musklerna. En del laktat fraktas också via ett nätverk av kanaler över till andra muskelceller som kan använda laktat för att snabbt bilda energi i sina mitokondrier, eller bygga upp ett lager av glykogen för framtiden. Det är ett system som gjort för löpare.
När laktat lämnar muskelcellen följer även vätejoner med, och de sura vätejonerna tas om hand av blodets buffertsystem i form av bikarbonat. Denna reaktion bildar i slutändan vatten och koldioxid. Om du inte andas ut koldioxiden tillräckligt snabbt, omvandlas koldioxid tillbaka till vätejoner och bikarbonat och då sjunker pH-värdet. Men det beror inte på att du håller på att koka sönder i mjölksyra.
I dina celler finns ett oräkneligt antal mitokondrier som skapar energi. De är viktiga, inte minst för löpare. Utan dem kan du varken springa, andas eller tänka.
Allt du gör - springer, tänker, pratar, andas och messar - kräver energi i form av ATP. ATP är kroppens gemensamma energivaluta. Kroppen fraktar mat och syre till mitokondrierna som i sin tur pumpar ut enorma mängder ATP. Din kropp omsätter 50 gram ATP var 20:e sekund, vilket motsvarar runt 200 kilo under en dag.
Mitokondrier var bakterier
För några miljarder år sedan var mitokondrierna bakterier som simmade omkring i en nån slags ursoppa tills de en dag började samarbeta med celler, det vill säga ge ...
Under OS i Pyeongchang och mer eller mindre varje vecka hör man om ben fulla av mjölksyra eller att han eller hon inte orkade p.g.a. mjölksyra. Kruxet med dessa påståenden är att det inte skapas någon mjölksyra. När du springer bryts glukos ner till pyruvat. Om du springer fort länge stannar processen upp och det byggs det upp lager med pyruvat. Som en följd av spjälkning av ATP till ADP och fosfat frigörs även protoner (aka vätejoner). För att du ska kunna fortsätta springa slås dessa protoner samman med pyruvat och bildar laktat. Protoner är sura. Laktat minskar alltså försurningen. Laktat kan sedan användas som energi och sätta snurr på citronsyracykeln och tillverkningen av energi igen. Du kan springa vidare tack vare laktat.
Laktat blandas ofta samman med mjölksyra, men det är laktat plus en proton som är mjölksyra. Någon sådan biokemisk produkt bildas inte. Det är istället pyruvat som samlar upp de sura protonerna och bildar laktat. Sedan kan laktat - som felaktigt kallas mjölksyra - användas som energi av muskler, hjärta och hjärna. Laktat är en flexibel resurs som kan skickas till de celler som behöver mest energi. Det finns studier som visar att muskler t.o.m. föredrar laktat framför glukos.
Det är märkligt att den hjälpsamma metaboliten laktat fått skulden för trötthet och träningsvärk och för den brännande känsla som du kan känna i benen. Det är ungefär som att ge brandmän skulden för eldsvådor eftersom de alltid tycks dyka upp där det brinner.
I en studie för något år sedan injicerades tio testpersoner med laktat, protoner och ATP. Var för sig orsakade ingen av metaboliterna trötthet. Inte ens ...
Alla som följt den här bloggen vet att rödbetsjuice är en het dryck i idrottskretsar. Rödbetsjuice förbättrar blodcirkulationen och effektiviserar cellernas energiförbrukning. På sistone har även kaffe blivit en het dryck. Kaffe är uppiggande. Kaffe förlänger livet. I rödbetsjuice är det nitrat som är den verksamma substansen. I kaffe är det koffein. Därmed är det inte nödvändigtvis kaffe eller rödbetsjuice som du behöver, utan koffein eller nitrat.
Koffein och nitrat När du springer (eller går, pratar eller tänker) förbrukas energi i form av ATP. Som ”restprodukt” bildas bl a adenosin (A:et i ATP). Adenosin ackumuleras utanför cellen, binder till receptorer på cellytan och "säger till" cellen att minska sin aktivitet när det bildas för mycket adenosin. Adenosin övervakar cellernas energianvändning och fungerar därmed som en cellulär återkopplingsmekanism. Det tycks som denna mekanism är den molekylära mekanism som du, dvs. din hjärna, upplever som trötthet.
Koffein binder till samma receptor som adenosin. Därmed bryts cellens återkopplingsmekanism och cellen ...
Ett av mina första inlägg handlade om ATP och energi. Sedan dess har det inlägget haft en strid ström av läsare, främst studenter och andra googlare. En del fakta har dock uppdaterats med ny forskning så jag tänkte det var bäst att uppdatera artikeln.
Kroppens inre marknad För att du ska orka springa krävs energi och energi får du från mat. Så du måste ha mat för att springa och springa för att ha mat. Det låter som ett moment 22, men långt innan du behöver mat blir du hungrig och det aktiverar ett beteenden som gör att du börjar jaga och samla. Fast numer behöver du inte skaffa mat - du går bara till kylskåpet.
För att förenkla för kroppens maskineri omvandlas all mat (kolhydrater, fett och proteiner) till en enhet, adenosintrifosfat, som förkortas ATP. Du kan ..
Vi springer med benen, men vad får benen att springa? Hjärnan är kanske rätt svar, men utan energi kan varken hjärnan sätta igång benen eller benen röra sig. Energin kommer från maten, men all mat omvandlas till en molekyl laddad med energi som kallas ATP - adenosintrifosfat. Det är ATP som driver muskler, tankar och kommunikation. Vi stoppar in energi i form av fett, kolhydrater och protein, men det är ATP som är energivaluta på kroppens gemensamma marknad. Utan ATP stannar kroppen. Ingen ATP - rigor mortis.
För att se hur ATP skapas kan vi se vad som händer med kolhydrater som bryts ner till glukos och sedan blir ATP. En molekyl glukos har den kemiska formeln C6H12O6. Det finns lika många kolatomer som syreatomer och därmed har vi inte lika mycket ...
I söndags sprang jag 22 km före frukost i strålande sol. Jag brukar oftast springa veckans längsta pass på söndagarna. Efteråt känns det som om jag tjänat in några timmar. Jag kommer ikapp mig själv. Jag hör fågelsång och det taktfasta ljudet av fötter och andhämtning. Det dröjer innan bilar och maskiner skruvar upp bakgrundsbruset. Efter någon timme äter jag frukost och sedan har jag hela dagen kvar.
Lagom stress är bra
Jag springer före frukost av två anledningar. Dels ser morgonlöpningen till att jag håller mig till 12/12, dels anpassar jag min metabolism så att cellerna blir bättre på att bränna fett när jag springer i lugnt tempo. 12/12 betyder att kroppen får vila från mat i minst 12 timmar. På helgen blir det upp till 16 timmar. Om jag äter middag kl 19 och springer kl 7, innebär det att jag äter frukost vid 11-tiden. Denna frivilliga fasta tvingar cellerna att anpassa sig till fysisk aktivitet utan tillgång till lättillgänglig energi. Nya studier visar att det förbättrar anpassningar till träning, bl a har man sett att antalet mitokondrier - cellens små kraftverk - ökar. Man har sett att flera proteiner aktiveras i större utsträckning när träningen utförs med låga nivåer av lagrade kolhydrater i musklerna. Dessa processer - som även inkluderar gener som är aktiverade i fettförbränning - stängs av om man äter eller dricker något med socker i. När man stressar cellerna lite lagom, blir de ofta lite starkare. En forskargrupp på GIH lät tio vältränade cyklister genomföra ett timslångt pass på morgonen två gånger med en vecka mellan varje tillfälle. Båda träningstillfällena föregicks av ett cirka 2,5 timmars långt träningspass kvällen innan. Syftet med kvällspasset var att tömma musklerna på kolhydrater. Vid ena tillfället fyllde försökspersonerna på med kolhydrater efter kvällspasset, medan de vid det andra tillfället åt en kolhydratfattig kost mellan passen. Resultatet visade att försökspersonerna som tränade med låga nivåer med kolhydrater fick en cirka tre gånger större aktivering av en gen som är kopplad till produktion av nya mitokondrier, jämfört med de som var kolhydratladdade. Musklernas förråd av kolhydrater verkar således vara en viktig faktor för anpassning till uthållighetsträning. Ju färre kolhydrater, desto större aktivering av gener som på sikt leder till fler mitokondrier och bättre fettförbränning. Det kan därför vara fördelaktigt att undvika att fylla på depåerna före, under och efter ett träningspass ibland.
Fett ger energi
Som ultralöpare är jag beroende av effektiv fettförbränning. Förråden av kolhydrater är små och dessutom har hjärnan företräde till dessa. De kolhydrater som finns behöver jag kanske i en jobbig backe, till en spurt på slutet eller som reserv för att undvika att hjärnan drar slutsatsen ”att det är bäst att han tycker att det finns en vägg därborta så att han inte tar ihjäl mig”. Som ultralöpare vill jag därför hushålla med kolhydraterna. Inför tävlingar, hårdare pass och styrketräning, ser jag dock till att det finns energi.
En fettcell.
En stor skillnad mellan kolhydrater och fett, är att det det finns mycket mer energi i fett. Fettsyror ”ogillar” vatten, vilket betyder att de kan lagras med relativt lite vatten. Kolhydrater binder dock - som namnet avslöjar - massor av vatten. Det betyder att fettsyror kan innehålla sex gånger mer energi per enhet lagringsmassa. Om kroppen hade varit tvungen att använda kolhydrater för att lagra energi, skulle människor och djur vara mycket större. Eftersom fett är så energirikt kan björnar överleva en lång vinter, laxar korsa Atlanten och som ultralöpare skulle jag kunna springa tjugo mil på rent fett. Även en mager löpare har stora fettdepåer. Kolhydraterna räcker bara några mil. Hur kan det komma sig att man förbättrar fettförbränningen om man springer på tom mage? Jo, kroppen är inte dum. Eftersom det finns kolhydrater (glukos) i blodet efter en frukost, väljer kroppen i första hand det. Det är svårare att komma åt fettet. Kroppen lagrar fett i fettceller som i sin tur innehåller fettdroppar fyllda med triglycerider. Fettdropparna ligger skyddade bakom en tunn proteinhinna. För att komma åt detta fett, måste enzymet hormonkänsligt lipas (HKL) aktiveras. Frukostens glukos stimulerar bukspottkörteln att öka produktionen av insulin och insulin kan binda till denna receptor, men utan att aktivera HKL. Om det finns mycket insulin, blockerar det således HKL och därmed startar inte fettförbränningen. När blodsockret är lågt är också mängden insulin låg och det lyfter så att säga på bromsen på HKL. Därmed kan kroppens enorma förråd av fett mobiliseras.
När HKL aktiverats löses fettdroppens skydd upp. Därefter kan HKL ta sig in i fettdroppen och dra med sig och bryta isär fettsyrorna. Sedan transporteras fettsyrorna till musklerna. Denna process blockeras alltså av insulin, och det är därför det tar ett tag innan fettförbränningen kommer igång om jag ätit frukost före löpningen. När fettsyrorna anländer till muskelcellerna fraktas de vidare till mitokondrierna. I en process som kallas betaoxidering huggs sedan fettsyrorna upp i mindre molekyler. Varje varv i denna process avger två kolatomer till citronsyracykeln, samt fem elektroner som fraktas till elektrontranportkedjan för att sätta samman kroppens energivaluta ATP. En fettsyra som består av 16 kolatomer ger sammanlagt 131 ATP. För att aktivera fettförbränningen krävs dock en energisk investering på 2 ATP, så fettsyran ger netto 129 ATP. Från en glukosmolekyl får man ca 36 ATP. Eftersom glukos innehåller 6 kolatomer, ger den 6 ATP per kolatom. Fettsyran ger 8 ATP per kolatom. Fettsyror ger således mer energi, men till priset att man måste dra in mer syre från omvärlden. Det är därför det är jobbigare att springa med hjälp av fett.
Morgonlöpning
Jag tror nästan alla - åtminstone i början - tycker det är jobbigt att springa före frukost på morgonen. Men även om man inte är en så kallad morgonmänniska, kan man alltid skapa nya vanor. Den friheten har man som människa. För att lyckas med det är det viktigt att förbereda sig dagen innan och bestämma sig. Om man inte bestämmer sig, är risken stor att man aldrig gör det. De flesta lider av en illusion om att man är lite bättre i framtiden nångång, men den närmsta framtiden är mest sannolikt ungefär som nu. Det betyder att man måste starta nu. Sömn styrs av vår dygnsrytm. Denna rytm reglerar vår fysiologi, som kroppstemperatur, blodtryck, vakenhet och metabolism. Forskning visar att det går att ställa om denna klocka, bl a genom att träna på morgonen och släppa in ljus i hjärnan. I en studie såg man att personer som tränar på morgonen, lär kroppen att vara mest redo för träning vid den tiden på dagen. Det betyder också att man helst bör vid träna samma tidpunkt som man brukar tävla, ifall man vill maximera sin prestation. Jag är inte riktigt så seriös. Jag springer bara morgonpass då jag är ledig och jag använder inte väckarklocka på helgen. Trots att jag använt väckarklocka i hela mitt liv, så startar alarm en stressrespons - kräldjurshjärnan reagerar som om en tiger ryter - och detta larm är dessutom associerad till stressiga morgnar och arbete. Det ska man inte känna på helgen. Vila och återhämtning är viktigt. Det är bättre att lägga sig i tid och ställa in sig - det funkar nästan alltid - på att vakna före ett visst klockslag.
Just nu är det härligt att springa på morgonen. Det blir allt ljusare, fåglarna kvittrar och man behöver inte alltför mycket kläder. Jag kliver upp, dricker lite vatten och sedan springer jag ut mot havet. Numer är mina celler ganska bra på att gräva färskt kol i fettdepåerna, slita isär dem och kasta in bränslet i mitokondrierna. Jag springer i lugnt tempo - om jag springer för fort kräver musklerna kolhydrater. Efter två timmar har jag andats ut drygt 150 gram fett i form av kol-, väte- och syreatomer. Jag lämnar tillbaka atomer som jag lånat en liten stund av universum. Mina förbrukade atomer får göra nytta någon annanstans i något av alla de kretslopp som snurrar runt i universum.
I stort sett alla som skriver om löpning skriver också om mitokondrier, för utan mitokondrier skulle vi inte kunna springa. Vi skulle inte kunna skriva eller tänka heller. Allt vi gör - springer, tänker, pratar, andas och skriver - kräver energi (ATP) och större delen av denna energi skapas av den mat vi äter och det syre vi andas i cellernas kraftverk - mitokondrierna. I stort sett alla celler i djur, svampar, alger och växter innehåller hundratals och ibland tusentals mitokondrier. En människa har grovt räknat 50 triljoner mitokondrier som tillsammans omsätter 50 gram ATP var 20:e sekund, vilket alltså betyder att en människa sätter sprätt på otroliga 200 kg ATP varje dag.
Mitokondrier var bakterier
Forskarna är ganska säkra på att mitokondrierna en gång var bakterier som simmade omkring i en kaotisk ursoppa tills en dag då en bakterie trängde in genom ett membran till en cell och började samarbeta, d v s ge energi till cellen i utbyte mot skydd och näring. Detta samarbete började för ca 1,5 miljarder år sedan. Det var en viktig milstolpe i livets evolution.
Ungefär så här gick det till när en bakterie blev en viktig organell i cellen.
En ny studie visar att detta möte kanske var mer dramatiskt än så. I den nya studien använde forskarna modern DNA-sekvenseringsteknik för att avkoda 18 nära bakteriesläktingar till mitokondrier. När man rekonstruerade det genetiska innehållet i mitokondriella förfäder, genom att sekvensera DNA från nära släktingar, framkom ett mönster som visade att de tidiga mitokondrierna var parasiter som stal energi från sin värd, innan de ingick ett förbund om vapenvila och endosymbios och började skapa och ge energi.
Vad ska man ha mitokondrier till?
Mitokondrierna delar sig som bakterier och har ett eget cirkulärt DNA (mtDNA) med endast 37 gener som ärvs från modern. Söner ärver mtDNA från sin mor men skickar det inte vidare till sina barn. Mitt mtDNA dör ut med mig, men lever vidare i min syster och hennes döttrar.
På samma sätt som en bil måste ha bensin, måste cellerna ha ATP för att fungera. Mitokondrierna skapar ATP av den mat vi äter - fett, kolhydrater, proteiner - och det syre vi andas in. Det krävs ATP för att pumpa tillbaka kalcium i musklerna så att de kan slappna av, så om produktionen av ATP upphör fryser man fast i det läge som musklerna hade när ATP tog slut. Det kallas för likstelhet (rigor mortis).
Ju fler mitokondrier man har, desto mer fett och glukos kan de omvandla till energi. Det gör att man orkar mer. Det är ATP som driver de proteiner som får musklerna att arbeta och det är ATP som pumpar natrium och kalium så att hjärncellerna kan skicka signaler till varandra och till resten av kroppen. Det behövs även ATP för att städa upp signalsubstanser efter en synaps.
En två minuter lång animation av mitokondrier som spottar ut glödhet ATP.
När mitokondrierna bränner brunt och beige fett bildas inte ATP, däremot bildas det värme. Det är mitokondrierna som håller oss varma på vintern genom att bränna dessa fettceller. Mina kollegor tror mig inte när jag säger brunt fett för tusende gången, men mina bloggläsare tror på mig och på vetenskapen. Hoppas jag:)
Mitokondrierna gömmer kanske också nyckeln till varför vi åldras och till flera sjukdomar kopplade till åldrande. Kort sagt: De är livsviktiga.
Hur bygger man fler mitokondrier?
Man vet att de gener som styr tillväxten av mitokondrier ökar sin aktivitet redan en timme efter att man har sprungit. Det är en anpassning som ökar uthålligheten och fettförbränningen. Även hjärnan påverkas av löpning. I en studie på möss såg man att de som sprungit hade fler markörer för mitokondriell utveckling i alla vävnader, inklusive hjärnan, än de möss som suttit stilla.
En fjärdedel av cellernas volym upptas av mitokondrier.
Genom att springa en halvtimme några gånger i veckan fylls således hjärna och muskler med nya, friska mitokondrier. Forskarna tror att det leder till att vi blir mer motståndskraftig mot fysisk och psykisk utmattning.
Jag bygger mitokondrier
I helgen körde jag ett tungt älglufspass. Jag har fortfarande träningsvärk efter det. Det får jag alltid första gången jag tränar älglufs. Trots det sprang jag några varv runt Sidsjön på lunchen idag i sol och blåst. Det kändes tungt men genom att stressa cellerna bygger jag nya mitokondrier. Jag tror jag behöver alla mitokondrier som jag kan få för att orka med årets sista mörka dagar.
Jag sprang långa intervaller häromdagen, 5 x 1500 meter. Syftet är att få upp farten inför jobbklassikern, men jag vill också förbättra min uthållighet inför Swiss alpine. Swiss alpine är årets viktigaste lopp.
Gå eller jogga mellan intervaller? Jag joggade lite lätt mellan intervallerna så att cellerna inte fick tid att ladda upp ny energi. Det tränar upp uthålligheten. Om syftet med intervallerna enbart vore att öka hastigheten, då hade jag kunnat stå stilla och låta cellen ladda upp fräscht ATP och nytt kreatinfosfat.
Intervallerna tvingar nervsystemet att anpassa sig; jag försöker upprätthålla en bra löpteknik trots att jag blir trött. Löpsteget finslipas. Det produceras nya mitokondrier när jag stressar cellerna. Det skapas fler transportmolekyler som skyfflar laktat från muskler med överskott till muskler med underskott. Cellerna bildar fler enzymer som hanterar flödet av laktat, pyruvat och vätejoner. Nya blodkärl tränger genom vävnaden för att effektivare ta hand om det syre jag tuggar i mig. Det händer massor i mina celler när de anpassar sig till de utmaningar som ett intervallpass utsätter dem för och det finns inget jobbigare än att anpassa sig.
På slutet förlängs löpsteget och kroppen följer inte riktigt med. Jag kämpar för att bibehålla tekniken ända in i slutet. Ett överskott av signalsubstansen serotonin byggs upp i hjärnan när jag rusar sista biten, vilket aktiverar receptorer på några hjärnceller så att de inte längre kan generera impulser till musklerna och jag ramlar ihop när jag kommer fram. Sen ligger jag raklång och stirrar upp mot den klarblå himlen, som sakta fyllts med roterande stjärnor. En hundägare står en bit bort och ser ut att fundera på om hon ska ingripa eller om hon kanske ska springa därifrån. Jag piggnar till. Stjärnorna faller ner som snöflingor. Jag reser mig upp. Borstar bort snön och joggar hem. Krafterna strömmar tillbaka. Cellerna fylls med energi igen. Jag nickar till hundägaren när jag lunkar förbi henne. Hon ser lättad ut. Hon kanske tänker att hon nog trots allt vågar gå här i fortsättningen också.
Energi Det kändes som om energin tog slut, men energi kan inte ta slut. När den tar slut stelnar musklerna och man dör. Det var hjärnan som skapade en känsla av att energin var slut.
För minst13,7 miljarder år sedan skapades all energi. Den bands fast i materia, i atomer och molekyler. Människan har tre olika system för att omvandla denna energi till arbete och värme. Två av dessa är syreoberoende system och kallas ATP-kreatinfosfat och glykolys, medan ett är syreberoende och kallas andningskedjan. Dessa system bryter ner molekylbyggen av fett, kolhydrater och protein och bildar ATP, kroppens gemensamma energivaluta. Maten vi äter måste alltså göras om till ATP innan cellerna kan använda sig av energin. Det är ATP som får benen att springa och tankar att flöda genom hjärnan.
Vilket av systemen man använder beror på vad man gör. Om jag lyfter bänkpress har jag inte tid att vänta på att hjärtat ska pumpa ut blod i musklerna; jag behöver energi snabbt och då använder jag ATP-kreatinfosfat. Om jag springer långt och länge litar jag till andningskedjan. I själva verket använder man dock både syreberoende och syreoberoende system hela tiden.
Energi på kort sikt: ATP - kreatinfosfat ATP - kreatinfosfat är det enklaste och snabbaste systemet och det är oberoende av syretillgången. Detta system utgörs av ATP som finns redo att användas i musklerna. När ATP bryts ner till ADP genom att avge en fosfatmolekyl, frigörs energi. Detta färdiga lager räcker i någon sekund. Med hjälp av enzymer fogas sedan nytt ATP samman av ADP och kreatinfosfat. Denna energi räcker så länge det finns ett lager av kreatinfosfat. Det är därför många som tränar styrka och behöver maximera sin explosiva förmåga äter kreatin. Det kreatin man äter slår sig ihop med fosfaterna i cellerna och bildar extra mycket kreatinfosfat. Efter en kraftansträngning som räcker 7-10 sekunder är lagren dock slut. Efter den tiden saktar t o m Usain Bolt ned. Sedan krävs det mer komplicerade system för att bilda ATP.
Energi på medellång sikt: Glykolys Glykolys är det dominerade systemet för träning som varar från 10 sekunder till ungefär 2 minuter. Under glykolys bryts kolhydrater i form av glukos eller glykogen ner genom en serie kemiska reaktioner och bildar pyruvat. För varje molekyl av glukos, bildas netto två molekyler ATP. Det är ganska dålig utdelning, men det går fort. Pyruvat kan sedan antingen bilda laktat (mjölksyra) eller acetyl-koenzym A (acetyl-CoA). Acetyl-CoA används av mitokondrierna direkt i citronsyracykeln, medan laktat kan återskapas till nytt pyrovat eller fraktas till andra energibehövande ställen i kroppen, genom laktattransportörer. Laktat har omvärderats på sistone och anses numer av de flesta forskare vara löparens vän snarare än fiende. Laktat är ett utmärkt bränsle, inte en giftig restprodukt.
Energi på lång sikt: Andningskedjan Eftersom människor utvecklats för att springa långa sträckor, är också det aeroba systemet, som är syreberoende, det mest komplexa av de tre energisystemen. Det är ett långsamt, men effektivt, system. Det pressar ut varje droppe ATP genom att vrida om molekylerna i två steg: citronsyracykeln (krebscykeln) och elektrontransportkedjan. Båda dessa system finns i mitokondrierna.
Kolhydrater metaboliseras först i glykolysen, vilket ger pyruvat som används för att bilda acetyl-CoA. Acetyl CoA utgör råvara till citronsyracykeln, som i sin tur kastar ut en ATP (dvs 2 per molekyl glukos) för varje varv den snurrar runt. Dessutom skapas vätebärare (elektronbärare) som skickar elektroner vidare i en kedja av proteiner som frigör energi i nästa system, elektrontransportkedjan. Denna energi används för att pumpa ut vätejoner från mitokondriernas inre till dess yttre membran. När vätejonerna sedan faller tillbaka in genom membranet hamras 34 nya molekyler ATP mekaniskt ihop genom ATP Syntas. Fullständig förbränning genom glykolys, citronsyracykeln och elektrontransportkedjan producerar 36 molekyler ATP för varje svald molekyl glukos. Andningskedjan alstrar alltså 18 gånger mer ATP än glykolys från varje glukosmolekyl.
Citronsyracykeln. Syren ska förstås vara syre och en proton är samma sak som en vätejon. Källa Wikipedia.
Fett är det viktigaste bränslet för andningskedjan, åtminstone om man springer riktigt långt. De kolhydrater man har brinner snabbt och enkelt, men räcker å andra sidan endast i ca två timmar om man kolhydratladdat ordentligt. Fettet räcker dock i dagar. De fettsyror som används är länkade som långa kedjor av kolatomer och skickas till mitokondrierna, där kolatomerna används för att producera acetyl-CoA. Därefter används acetyl-CoA på samma sätt som vid förbränning av kolhydrater.
Långa intervaller Det blir mest långa intervaller på kort sikt, sedan mer backintervaller. Långa intervaller tränar i första hand andningskedjan, medan korta intervaller i högre grad tränar de snabba energisystemen. Men man bör nog träna alla system, såvida man inte är sprinter. Genom att springa fort, blir man bra på att springa fort och det gör jag om jag kör kortare intervaller ibland, som 10-20-30.
Men mitt mål är framför allt att bli uthålligare. Jag vill ju klara ultralopp, som Swiss alpine och UTMB. Därför blir det en del bergslöpning. Jag måste springa med god fart både upp och ner för berget. Det var något jag missade ifjol inför Swiss alpine. Start och målgång sker i Davos och därmed springer jag faktiskt lika mycket ner som upp och det sliter isär muskelfibrerna att springa neråt. Det är en av de största skillnaderna mellan löpning och skidor.
Jag springer med hjälp av energi som en gång skapades i Big Bang. Tiden som jag mäter min löpning med började också då; det finns inget "före" Big Bang. Tiden spände ut rummet och skapade avstånd och det krävs någon form av rörelse för att överbrygga dessa avstånd.
Början till allt Egentligen var Big Bang ingen smäll, utan en tyst och mörk utvidgning av rummet som inträffade för 13,7 miljarder år sedan. Inom bråkdelen av en miljondel av en miljarddel av nästan ingenting (10^-43 sekunder eller en plancktid) skapades materia och lika mycket antimateria. Dessa motsatser började genast utplåna varandra. En gigantisk förintelse spreds genom universum. Kvantmekaniken tillåter osäkerhet och det fanns en liten övervikt av materia. För varje 10 000 000 000 antiprotoner, fanns det 10 000 000 001 protoner och denna ”felräkning” var tillräckligt för att bilda allt som finns: Du och jag och mitt kylskåp, blåvalar och bergskedjor. Allt. Det märkliga är att allt detta skapades ur ingenting. Vid tidpunkten för Big Bang fanns ingen materia, inga fysikaliska lagar, ingen tid och ingen geometri. Enligt Stephen Hawking inträffade Big Bang därför att det var en händelse som var sannolikare än alternativet. Det finns inget i kvantmekaniken som talar emot att någonting kan skapas ur ingenting utan anledning. Jag begriper det, men jag fattar det inte. Det är svårt att förstå det som ligger bortom orsak och verkan.
Efter ca 300 000 år hade temperaturen svalnat så att en del protoner kunde fånga in elektroner och bilda enkla väteatomer. Därmed blev universum synligt. Ljus i form av fotoner kunde sprida sig och det allra äldsta ljuset i universum är från den tiden. Inte ens det starkaste teleskopet kan se längre bort och tillbaka än så. Det är en fysisk gräns för hur långt tillbaka vi kan "se" i universum. Atomerna låg sedan utspridda i stora moln som så småningom - genom gravitationen - kom att bilda galaxer och i ett av dessa moln av atomer vispades en sol och några planeter ihop för ca 5 miljarder år sedan. Det blev vårt solsystem.
Solen är ett gigantiskt gasmoln. På ytan är den kall, bara 5-6 000 grader, men längre in är trycket hårt och värmen hög. Där finns väteatomer som skapades strax efter universums födelse. Ibland slår sig dessa lätta väteatomer samman och bildar helium. I denna fusionsprocess frigörs energi i form av livsfarlig gammastrålning som oändligt sakta tränger genom solens gasfyllda kropp ut mot dess yta. Det tar miljontals år och mycket energi spills ut på vägen. Gammastrålningen avväpnas och förvandlas till ofarligt synligt ljus. Ljus kan både ses som en våg eller som en partikel, en foton. Dessa fotoner kastar sig sedan ut i världsrymden.
Grunden till allt En bråkdel av fotonerna färdas med riktning mot jorden. Med ljusets hastighet störtar de genom jordens atmosfär. Åtta minuter efter uppbrottet från solen brakar en foton ner i marken och träffar ett löv som i sitt inre är fyllt av klorofyllmolekyler. En bråkdel av en mikrosekund senare träffas klorofyllmolekylen av ytterligare en foton. Klorofyllet är utvecklat för att klara sådana smällar. De har ett pigment som fångar ljus med rätt våglängd, vilket är detsamma som synligt ljus mellan rött och blått. De fångar upp fotonerna och börjar vibrera och kastar sedan energin vidare som en het potatis i en kedja där lite energi hela tiden utnyttjas i biokemiska processer. Denna kedja slutar i en fantastisk konstruktion - ATP syntas - där ett biokemiskt kvarnhjul som drivs av vätejoner mekaniskt hamrar ihop ATP - jordklotets gemensamma energivaluta - av ADP och fria fosfatgrupper.
Fotonerna träffar jorden med sådan kraft att de kan splittra vatten. Det är en otrolig bedrift. Vatten är en mycket stabil molekyl. Vattenmolekylen klarar stormar och bränningar. Den kanske ser krossad ut en kort stund då vattnet i en väldig våg kastas mot klipporna och skingras i ett oändligt antal små vattendroppar, men en stund senare rinner vattnet tillbaka i tusentals små rännilar. Fotonen kan dock krossa vatten genom att slita loss två protoner och tillhörande elektroner från syret. Den ensamma syreatomen ogillar detta och skyndar sig att binda till en annan syreatom och släpps sedan ut som en parad syremolekyl. Den kan jag andas in då jag springer. De elektroner som frigjordes från syret kastas vidare i den biokemisk kedjan.
Energin, som nu finns lagrad i olika molekyler, används sedan till att foga samman kolatom till kolatom i långa kedjor av sockermolekyler. Det är livets kedja. Grunden till allt liv på jorden.
Löpning och allt Jag tar en tugga av äpplet som fogats samman av soljusets fotoner, koldioxid och vatten och springer vidare. Kroppen tar genast hand om äpplet och börjar sönderdela det till glukos. Glukosmolekylen består av 6 kolatomer och det är från dessa kolbindningar som energin ska hämtas. Förutom glukos krävs det också att jag andas in 6 syremolekyler för varje glukosmolekyl som jag förbränner. Ju snabbare jag springer, desto mer glukos förbrukar jag och desto mer syre måste jag andas in.
Glukosen bryts ner till kolatomer som kastas in i cellens kraftverk, in i mitokondrierna. Där snurrar citronsyracykeln. Citronsyracykeln eldas med kol för att gå runt. För varje kolatom som kroppen skyfflar in, alstras två ATP-molekyler och dessutom molekyler som lagrar energi i form av elektroner. Dessa elektroner används sedan till att pumpa ut vätejoner från mitokondriernas inre membran till dess yttre, vilket skapar en skillnad i laddning som utnyttjas i samma sorts kvarnhjul - ATP-syntas - som finns i växterna, vilket tyder på ett gemensamt ursprung för över en miljard år sedan innan växter och djur valde olika - och livsavgörande - vägar i utvecklingen. Växterna var nöjda med livet som det var, medan djuren sökte sig till nya områden och utvecklade ett nervsystem och ben att springa med, fenor att simma med och vingar att flyga med.
Den process som utvinner energi är effektiv, men hälften försvinner som värme. Kroppstemperaturen stiger och jag börjar svettas. Svetten avdunstar och lämnar kroppen tillsammans med en tunn rök av oxiderat kol, resterna av det kol som skyfflades in i mitokondrierna.
Jag har bara någon kilometer kvar nu och jag andas häftigt. Lungorna fylls av syre som kan användas till oxidering i mina celler och ge mig energipaket - ATP - att springa med. Det är ATP som får musklerna att arbeta genom att driva ett antal proteiner som vrider sig på ett invecklat sätt.
Till sist lämnar energin min kropp och sedan jorden som trött, långvågig värmestrålning. Energin är konstant i universum men kvaliteten har sjunkit. Trötta, osynliga fotoner lämnar jorden och på vägen ut möter de pigga, synliga blåa och illröda fotoner, på väg mot jorden för att sätta fart på molekyler, växter, möss och människor. De förbrukade fotonerna strålar ut i världsrymden, osynliga för människoögat.
Jag fick en fråga via mail om kroppens energi och ATP och det högg en vetenskapsnörd som jag på direkt. Det kanske blir ett svårt inlägg, men om någon tycker att det är givande blir jag glad. Jag har försökt skriva enkelt och inte krångla till det i onödan.
Kroppens inre marknad
För att vi ska orka springa krävs energi och energi får kroppen i form av mat: proteiner, kolhydrater och fett. Men för att förenkla för kroppens maskineri omvandlas allt till en enhet, adenosintrifosfat, som förkortas ATP. En bra bild är att se ATP som kroppens enkronor. De fungerar i alla olika cellers standardiserade myntinkast. Man stoppar in olika mynt och sedlar och de konverteras till enkronor som ska smörja kroppens inre marknad. Det krävs enhetlighet för effektivitet och samordning. ATP driver sedan allt från våra ben till våra tankar. Utan ATP finns inga nervimpulser, inga proteiner kan byggas och våra muskler skulle frysa fast.
Varje cell innehåller vid ett givet ögonblick ca 1 miljard molekyler ATP. Eftersom en kropp består av ca 30 biljoner celler har du just nu 30 000 000 000 000 000 000 000 ATP molekyler i kroppen och de omsätts ungefär var 20:e sekund. Tillsammans väger denna massa ynka 50 gram, men vi omsätter nästan 200 kg ATP varje dag. Knappt 3000 kalorier omsätter alltså närmare 200 kg ATP!
Bilden ovan föreställer molekylen ATP. De tre p:na som sticker ut som en pistolpipa till vänster är tre fosfatgrupper. Om man fortsätter pistolliknelsen motsvarar kolven den enkla sockerarten ribos, som också finns i vårt RNA. Hanen är adenin, en av kvävebaserna som bygger upp vårt DNA. Så ser löpningens och livets bränsle ut. Det är ingen märkvärdig molekyl, men det borde vara en del av allmänbildningen, minst lika viktigt som att veta vem som målade Mona Lisa. (Av någon anledning är dock inte naturvetenskap lika fint som humaniora och man anses korkad om man inte känner till vem som skrev Romeo och Julia; däremot är det helt ok att inte ha koll på grundläggande naturvetenskapliga lagar).
När den yttersta fosfatgruppen spjälkas från de övriga omvandlas ATP till ADP. Pistolpipan kortas av och adenosintrifosfat blir adenosindifosfat. När detta sker frigörs energi, för elektronerna hoppar från ett jobbigt till ett bekvämare energitillstånd. Det är så livets kugghjul fungerar. ATP omvandlas till ADP som sedan byggs samman till ATP igen.
Hur bildas ATP?
Vi kan titta på hur en sorts molekyl, glukos (kolhydrater), omvandlas till energi. In i cellen kommer alltså en glukosmolekyl och där möter den syre som vi andats in.
C6H12O6 (glukos) + 6O2 (syre)
Som ett resultat av cellandning kommer det ut koldioxid, vatten, energi och värme i andra ändan. Kolet har oxiderat och syret reducerats. På kemiskt språk ser output ut så här:
Det känner man igen som löpare. För att orka springa hårt kräver musklerna kolhydrater, vilket kräver mer tillgång till syre och att man kan göra sig av med mer koldioxid. Man andas häftigare för att dra in och pusta ut dessa ämnen. I takt med att energiproduktionen ökar stiger också spillvärmen - man blir varm - och det sympatiska systemet slås på för att sänka kroppstemperaturen genom svettning.
I slutändan har 24 elektroner lämnat kolet i glukosen och förenat sig med syre. Kolet har oxiderat och syret har reducerats och i den processen frigörs energi. (Det låter bakvänt att det som reduceras får och det som oxiderar tar. På engelska har man en bra minnesregel: Oxidation Is Losing, Reduction Is Gaining = OIL RIG)
Ungefär hälften av den energi som slits loss från glukosen blir värme, den andra hälften bildar i tre kontrollerade explosioner ATP som sedan skickas runt i kroppen för att utföra arbete som att få muskler att kontrahera och tankar att tänkas.
Steg 1: Glykolys – nedbrytning av glukos
Det första steget i energiomvandlingen är glykolys och det kan ske utan närvaro av syre, det är en anaerob fas. I denna fas bildas fyra ATP. Men först kräver processen en investering på två ATP. Processen måste alltså bootas, lyfta sig själv i stövelstropparna som en dator. Det krävs en gnista för att sätta eld på bensinen.
Om man bara tittar på kolet i glukosen - det är ju kol vi eldar med - så har vi 6 kolatomer (6C) i en molekyl glukos. Dessutom har vi två ATP som sätter igång processen:
C-C-C-C-C-C + 2 ATP
Dessa sex kolatomer splittras i två delar med tre kolatomer var och den energi som frigörs är fyra ATP, vilket minus investeringen på två ATP ger två ATP netto. Slutprodukten av den anaeroba glykolysen är två molekyler med tre kolatomer var som kallas pyruvat samt fyra ATP. Dessutom har vi fått några frigjorda vätejoner (H) som lagrar sin energi i molekylen NADH. De två ATP som tände gnistan har omvandlats till två ADP.
C-C-C + C-C-C + 4 ATP + 2 ADP + 2 NADH
Om det inte finns något syre för vätejonerna att bilda vatten med hamnar cellandningen i en återvändsgränd här. Men det har kroppen löst på ett smart sätt genom att de frigjorda vätejonerna som lagrats i NADH lämnar över vätejonerna till pyruvatet som då bildar laktat (mjölksyra) i en process som kallas fermentation och därmed kan cellen fortsätta producera ATP. När syre sedan finns tillgängligt finns det nytt NAD+ som kan återta vätejonerna och föra över dem till syret. Det är en reversibel process. Det är därför vi flämtar så mycket efter en hård löpning, vi måste få in syre så att laktat kan återlämna sina vätejoner och bli pyruvat igen. Det är pyruvat som sedan utgör råvara till nästa steg i cellandningen.
Steg 2: Citronsyracykeln
Innan pyruvatmolekylerna kastas in i citronsyracykeln (även kallad Krebscykeln) spjälkar de av en koltatom vardera. Kolatomen oxiderar och lämnar processen som koldioxid. Kvar är då två molekyler som kallas acetyl-CoA med två kolatomer vardera. I citronsyracykeln slås varje acetyl-CoA (2C) ihop med oxalättiksyra (4C) och bildar citronsyra (6C) och snurrar sedan ett varv där två CO2 andas ut, två ATP bildas och frigjorda vätejoner (H) lagrar sin energi i vätebärare som NADH och FADH. Denna lagrade energin frigörs i steg 3. Sedan börjar nästa varv med de kvarvarande oxalättiksyrans fyra kolatomer som förenas med nya acetyl-CoA.
Även protein och fett kan kastas in i citronsyracykeln sedan de gjorts om till Acetyl-CoA. De hoppar över glykolysen.
Citronsyracykeln äger rum i en av evolutionens viktigaste skapelser, mitokondrierna - cellens energifabrik. Det är mitokondrier som skapas när vi tränar hårt, förmodligen är det en stor del av nyttan med hårda intervaller. De är en anpassning till ökad metabolisk stress
Mitokondrie Källa: Wikipedia
Detta steg sker i närvaro av syre och är alltså en aerob process.
Efter steg 1 och steg 2 har vi nu netto: 4 ATP, 10 NADH och 2 FADH2. Resultatet skulle bli 38 ATP, det återstår alltså 34 ATP. Det blir en uppgift för vätejonerna (H) som bärs av NAD+ och FAD+.
Steg 3: Elektrontransportkedjan
Detta steg kallas också andningskedjan och det är här det händer, och det sker i mitokondriernas membran. In kommer "heta" vätejoner som tillfälligt lagrats i form av 10 NADH och 2 FADH2 och som nu kastas vidare i en kedja där varje kast får vätejonerna att kallna och frigöra en gnutta energi. Denna "elström" genom proteinkomplexen driver pumpning av vätejoner från mitokondriens inre till utrymmet mellan membranen. Den spänning som uppstår används sedan för att driva det oerhört komplexa enzym som kallas ATP syntas. ATP syntas kan liknas vid en fabrik, en kvarn, där vätejonen faller ner och på vägen ner vrider den runt ett hjul som mekaniskt fogar samman tre ADP med tre fosfatjoner till tre energirika ATP-molekyler.
De tio vätejonerna som är bundna till NADH räcker till trettio ATP, medan det energifattigare FADH2 bildar fyra ATP. Sammantaget blir det alltså 38 ATP-molekyler som kan få oss att springa och när det är gjort omvandlas det till ADP och blir råvara till ATP-fabriken igen. Det sker i varje cell, varje sekund, med en svindlande hastighet och man kan knappt stå på benen när man begrundar detta faktum.
I videoklippet nedan visas ATP syntas. I klippet talas om protoner och det är samma sak som vätejoner (edit: tyvärr talar de också om intelligent design ...).
På slutet anländer syremolekyler och tar två var av de ganska nedkylda uttröttade vätejonerna i händerna och tillsammans bildar de vatten. Vatten var ju restprodukt tillsammans med koldioxid. Allt vi förbränner slutar alltså som koldioxid och vatten.
.svg/562px-Animal_mitochondrion_diagram_en_(edit).svg.png)
