Runners World - Du har stora lungor

Är det viktigt med stora lungor för att bli bra löpare? Svaret på det är att du redan har stora lungor. De är enorma. 

Dina lungor fylls med syre enligt fysikens lagar. Du skapar ett lågtryck i lungorna genom att spänna ut bröstkorgen och trycka ut magen - då strömmar det in luft. Det kan bli brist på syre, men det sker i så fall längre in i kroppen. Det syre du andas in, är bara ett steg i en lång kedja och ingen kedja är starkare än sin svagaste länk.

Var kommer lungorna ifrån?

Lungor har som alla organ en evolutionär historia. När fiskarna kravlade upp på land behövde de lungor för att andas. De utvecklade inte lungor för att leva på land. Lungor var inget nytt. Många sötvattensfiskar har nämligen lungor. De andas med gälar, men när det blir brist på syre i sjön - vilket sker ibland - simmar de upp till vattenytan och tar en slurk syre. Det gjorde med all säkerhet även Tiktaalik - det första djur med ryggrad som tog sig upp på land. Evolutionen tar inte språng och det finns inga felande länkar. Det är en gradvis process och alla djur är anpassade till sin livsföring.

Ett litet steg för Tiktaalik, men ett stort steg för oss som kom efteråt. Den hade redan lungor och tack vare genen ARC - som kom från ett virus - kunde landdjuren erövra världen. Bild: Nobu Tamura email:nobu.tamura@yahoo.com http://spinops.blogspot.com/ - Own work, CC BY-SA 4.0, Wikipedia.

Du andas in omkring 7,5 liter i minuten varav 1,5 liter syre. Det mesta syret andas du ut igen. En toppidrottsman kan dra i sig 150 liter ...

Läs fortsättningen här.

Använd diafragman

Är det lungorna och mängden syre du sväljer som avgör hur uthållig du är? Nej, men lungor och syre är viktigt. Det är viktigt att andas djupt med magen - det sparar kraft och energi och gör att du springer mer avslappnat, men med tanke på att du badar i syre vid havsnivån och att människans lungor konstruerats med en viss överkapacitet, så är det inte brist på syre. Du fylls upp med syre enligt fysikens lagar. Genom att trycka ut magen och spänna diafragman, skapas ett lägre tryck i lungorna och luft strömmar in från atomsfären. Det kan bli brist på syre, men det sker längre in i kroppen. Det syre du andas in, är bara det första steget i en lång kedja och ingen kedja är starkare än sin svagaste länk.

Ingen brist på syre

Du andas in enorma mängder luft, omkring 7,5 liter i minuten varav 1,5 liter syre. Vid extrem ansträngning kan en toppidrottsman dra i sig 150 liter luft per minut, varav 30 liter syre. Det svenska rekordet i syreupptagning - som innehas av Lassi Karonen - är dock "bara" 7,2 liter, resten - över 20 liter syre - kommer aldrig till användning i Karonens celler. Det åker in och sedan ut igen. Det är alltså bara en liten del av syret som tränger in i cellerna. Det finns en överkapacitet. Det är slagvolym, hjärtfrekvens, samt muskler och cellandning som begränsar syretillgången.

Du behöver dessutom inte större lungor, de är redan enorma. Om du sliter ut ett par lungsäckar, vecklar ut dem och hamrar ut alla blåsor, skulle du få en lungmatta på 100 kvadratmeter. 

Foto Robina Weermeijer på Unsplash

I luften är syrets partialtryck 160 mmHg. När syret når lungornas alveoler sjunker trycket till 100 mmHg, eftersom syre strömmar över till syrefattigt blod tills dess blodet blir nästan helt syremättat. När du andas ut är syretrycket 116 mmHg, så syrehalten stiger när du andas ut. Det beror på att det finns oanvänt syre i luftstrupen, vilket förklarar hur det kommer sig att du kan blåsa liv i folk med mun-mot-mun-metoden. 

Jämfört med fåglar, som helt och hållet kan kollapsa sin lunga, är våra lungor ineffektiva som blandar ny och gammal luft. Det är kanske därför som fåglar kan flyga tvärs över öknar och klättra 10 000 meter utan gasmask. Men fåglar kan inte - vad jag vet - göra näbb-mot-näbb-metoden. 

Det är koldioxid som styr

Andningen regleras normalt inte av syrehalten i blodet utan av mängden koldioxid. När du bränner fett och socker måste kolatomer i form av koldioxid ut ur kroppen. Koldioxiden reagerar med vatten i blodet och bildar sur kolsyra. Hjärnan är känsligt för blodets surhetsgrad och det finns receptorer som känner av pH-värdet. Om blodet är surare än normalt, kommer den förlängda märgen i hjärnstammen att aktivera hjärtmusklerna, revbensmusklerna och diafragman. Mer koldioxid pressas då ut ur kroppen och det medför i sin tur att mer syre sugs in och att blodets pH-värde återställs. Det är således mängden koldioxid som styr andningen. Hjärnbryggan, som också finns i den urgamla hjärnstammen, styr hastigheten på andningen. Det är en helt och hållet omedveten process, men kan också kontrolleras medvetet med hjärnbarken - annars skulle du ju inte kunna äta, prata och sjunga. Men försök hålla andan så upptäcker du att det är hjärnstammen som har den egentliga kontrollen. Det går inte att besegra hjärnstammen. Den har simmat, krälat och sprungit runt i hundratals miljoner år.

Det viktiga är inte hur mycket syre du får ner i lungorna, utan hur mycket syre som kan transporteras till musklerna och användas som mottagare av elektroner i slutet av andningskedjan. Det kräver kapillärer, mitokondrier, enzymer och transportproteiner. Denna infrastruktur byggs upp som ett svar på stress från träning och det leder till att du känner dig mindre andfådd. Du behöver inte andas lika häftigt, eftersom cellerna blir bättre och effektivare på att använda det syre som finns och på att göra sig av med den koldioxid som bildas.

Lungorna är däremot lika stora som förut. De blir inte större av träning utan storleken styrs av gener. Haile Gebrselassie har förmodligen små lungor jämfört med världens starkaste man, men Gebrselassie är mycket uthålligare. Men du kan stärka musklerna runt lungorna. Det kanske t o m kan vara värdefullt eftersom omkring 15 % av syreupptagningen går till andningen när du anstränger dig hårt. Diafragman är emellertid oerhört uthållig. Ibland kan du dock få kramp, så kallat håll eller mjälthugg. Denna kramp uppkommer förmodligen p g a irritation i bukhinnans parietalceller, som är det yttersta lagret av bukhinnan och som fäster på bukväggen och undersidan av diafragman. Det kanske i sin tur beror på att man nyss ätit eller andas ytligt och inte tillräckligt avslappnat. 

Jan Ullrich vinnare av bl a Tour de France verkar kunna andas med magen.

Det är diafragman som ska dra ner lungorna så att alveolerna kan expandera, inte de ängsliga revbensmusklerna högre upp som sitter runt bröstkorgen. Det är diafragman som pumpar upp lungornas miljontals små alveoler. Det är där blodet (läs om hemoglobin här) gör sig av med kol och hämtar upp syre. Problemet med det är kanske först och främst socialt. I vår kultur håller vi in magen och det anses - av någon anledning - fult med en mage som står ut. Om du däremot tittar på exempelvis de bästa cyklisterna (bilden ovan) är de oerhört duktiga på att spänna ut magen och suga in luft. 


Detta inlägg är en uppdatering av ett gammalt inlägg http://hjarnfysik.blogspot.com/2015/09/lungor-och-syreupptagning.html

Rödbetsjuice bra mot lungsjukdom

En ny, klinisk studie från Akademiska sjukhuset visar att patienter med hjärt-lungsjukdomen pulmonell arteriell hypertension (PAH), det viss säga högt blodtryck i lungorna, påverkas positivt av ett regelbundet intag av rödbetsjuice. Det beror troligtvis på att rödbetor är rika på nitrat, som i kroppen kan omvandlas till nitrit och sedan kväveoxid som i sin tur vidgar kärlen. Hos patienter med sjukdomen fungerar inte den mekanism som omvandlar nitrat till kväveoxid särskilt bra och för att sätta fart på den används en rad mediciner. Syftet med studien var att se om nitrater från rödbetsjuice som en potentiell väg för dessa patienter. Studien är den första i sitt slag som publicerats. 

15 patienter ingick i studien. Studien var en så kallad dubbelblind överkorsningsstudie där patienterna var sin egen kontrollgrupp. Ena veckan fick de rödbetsjuice och den andra placebo. De visste därmed inte själva om de drack rödbetsjuice eller placebo.

Redan efter en vecka med cirka 1,5 dl koncentrerad (16 mmol nitrat) rödbetsjuice per dag syntes förbättringar. Hos 80 procent av patienterna steg nitrathalterna i blodet rejält. Deras prestationsförmåga och verkningsgrad i musklerna ökade med cirka 10 procent vilket är väldigt mycket, säger Gerhard Wikström, överläkare och kardiolog på Akademiska sjukhuset och en av forskarna bakom studien i ett pressmeddelande.

På min lokala Willys-butik finns numer alltid rödbetsjuice från Markatta. Tidigare var jag tvungen att gå till hälsokost för att köpa rödbetsjuice (för åtta år sedan när jag började skriva om rödbetsjuice fanns det inte ens alltid på hälsokost), men nu är vetenskapligt bevisad hälsokost som rödbetsjuice ett självklart inslag i de flesta livsmedelsbutiker.

Suckarnas mystik

Varför suckar man egentligen? Barnen suckar då jag försöker skämta och några av mina kollegor sätter sig med en suck på måndagarna. Suckar handlar dock inte bara om sorg, leda och förtvivlan, utan är också en reflex som håller lungorna i trim. Ett kontrollsystem i hjärnan ser till att du suckar ungefär 12 gånger i timmen – oavsett om det är måndag eller fredag.

I en studie visar forskare från Stanford University att två små grupper av nervceller i hjärnstammen styr suckarna. De suckande nervcellerna gör det som svar på ett omedvetet kommando att blåsa upp lungornas myller av alveoler som kontrollerar kroppens syre- och koldioxidupptag.

“Unlike a pacemaker that regulates only how fast we breathe, the brain’s breathing center also controls the type of breath we take,” säger Mark Krasnow, biokemist på Stanford University School of Medicine. “It’s made up of small numbers of different kinds of neurons. Each functions like a button that turns on a different type of breath. One button programs regular breaths, another sighs, and the others could be for yawns, sniffs, coughs and maybe even laughs and cries.”

Forskningsteamet gjorde studier på möss, som lever lite hetsigare än människor och suckar så ofta som 40 gånger i timmen. De lyckades identifiera 200 nervceller i hjärnstammen som tillverkar och ger ifrån sig två neuropeptider, ämnen som är viktiga för nervcellernas kommunikationssystem. Samma grupp av peptider finns i den mänskliga hjärnan. Forskarna upptäckte att peptiderna fick en annan grupp på 200 nervceller att aktivera mössens muskler som drog igång en suck. Om forskarna blockerade en peptid så minskade suckarna till hälften. Om både peptiderna blockerades, så slutade mössen att sucka helt och hållet.

Livsviktigt att sucka
Forskningen har alltså visat att suckar rent av är livsviktiga. Om man inte suckar var femte minut eller så, kommer alveolerna långsamt kollapsa och orsaka lungproblem, säger Jack Feldman, professor i neurobiologi och en av författarna bakom studien. “A sigh is a deep breath, but not a voluntary deep breath. It starts out as a normal breath, but before you exhale, you take a second breath on top of it.”

Tack och lov för suckarna alltså. Men varför sucker vi av leda och av stress? Det vet inte forskarna än. Kanske Erik Johan Stagnelius 200 år gamla dikt Suckarnas mystär kan ge lite nyplatonsk vägledning?

Suckar, suckar äro elementet, 

i vars sköte Demiurgen andas. 

Se dig om! Vad gladde dina sinnen? 

Kom ditt hjärta fortare att klappa, 

och med fröjdens milda rosenskimmer? 

flyktigt stänkte dina bleka kinder? 

Säg vad var det? Blott en suck av vemod 

som ur andelivets källa fluten 

vilsefor i tidens labyrinter. 

Tvenne lagar styra mänskolivet. 

Tvenne krafter välva allt, som födes 

under månens vanskeliga skiva. 

Hör, o mänska! Makten att begära 

är den första. Tvånget att försaka 

är den andra. Skilda åt i himlen, 

en och samma äro dessa lagar 

i de land där Achamot befaller, 

och som evig dubbelhet och enhet 

fram i suckarnas mystèr de träda. 

Mellan livets sorgesuck och dödens 

mänskohjärtat vacklar här på jorden, 

och vart enda andedrag förkunnar 

dess bestämmelse i sinnevärlden.

Ser du havet? Ilande det kommer, 

vill med blåa längtansfulla armar 

under fästets bröllops-facklor sluta 

till sitt bröst den liljekrönta jorden. 

Se det kommer. Hur dess hjärta svallar 

högt av längtan! Hur dess armar sträva! 

Men förgäves. Ingen önskan fylles 

under månen. Själva månens fullhet 

minutlig. Med bedragen väntan 

dignar havet och dess stolta böljor 

fly tillbaka suckande från stranden. 

Hör du vinden? Susande han svävar 

mellan lundens höga poppelkronor. 

Hör du? växande hans suckar tala, 

liksom trånsjukt han en kropp begärde 

att med sommarns flora sig förmäla. 

Dock re`ntyna rösterna. På lövens 

eolsharpa klingar svanesången 

ständigt mattare och dör omsider. 

Vad är våren? Suckar blott från jordens 

dunkla barm, som en himlens konung fråga 

om ej Edens maj en gång begynner. 

Vad är lärkan, morgonstrålens älskling? 

Näktergalen, skuggornas förtrogna? 

Suckar blott i växlande gestalter. 

Mänska! vill du livets vishet lära, 

o, så hör mig! Tvenne lagar styra 

detta liv. Förmågan att begära 

är den första. Tvånget att försaka 

är den andra. Adla du till frihet 

detta tvång, och helgad och försonad 

over stoftets kretsande planeter 

skall du ingå genom ärans portar.

Läs mer om hjärnan och löpning på Hjärnfysikbloggen.

Lungor och syreupptagning

Är det lungorna och mängden syre vi kan svälja som avgör hur uthålliga vi är? Jag tror inte det. Det är förvisso viktigt att andas djupt med magen - det sparar kraft och energi och gör att vi springer mer avslappnat, men med tanke på att vi badar i syre vid havsnivån och att människans lungor konstruerats med en viss överkapacitet, så kan brist på syre knappast vara ett problem. Vi fylls upp med syre enligt fysikens lagar. Genom att trycka ut magen och spänna diafragman, skapas ett lägre tryck i lungorna och luft strömmar in från atomsfären. Det är klart att det kan bli brist på syre, men det sker i så fall längre in i kroppen. Det syre vi andas in, är bara det första steget i en lång kedja och ingen kedja är starkare än sin svagaste länk.

Ingen brist på syre
Vi andas in enorma mängder luft, omkring 7,5 liter i minuten varav 1,5 liter syre. Vid extrem ansträngning kan en toppidrottsman dra i sig 150 liter luft per minut, varav 30 liter syre. Svensk rekord i syreupptagning - som innehas av Lassi Karonen - är dock "bara" 7,2 liter, resten - över 20 liter syre - kommer aldrig till användning i Karonens celler. Det åker in och sedan ut igen. Det är alltså bara en liten del av syret som tränger in i cellerna. Det finns en överkapacitet. Det är slagvolym, hjärtfrekvens, samt muskler och cellandning som begränsar prestationen och över allt detta vakar hjärnan.

Lassi Karonen har kanske inte de största lungorna men däremot den högst uppmätta syreupptagningen i Sverige. 

Vi behöver dessutom inte större lungor, de är redan enorma - kring 100 kvadratmeter om man skulle slita ut ett par lungsäckar, veckla ut dem och hamra ut alla blåsor. I luften är syrets partialtryck 160 mmHg. När syret når lungornas alveoler sjunker trycket till 100 mmHg, eftersom syre strömmar över till syrefattigt blod tills dess blodet blir nästan helt syremättat.

När vi andas ut är syretrycket 116 mmHg, så syrehalten stiger när vi andas ut. Det beror på att det finns oanvänt syre i luftstrupen, vilket förklarar hur det kommer sig att vi kan blåsa liv i folk med mun-mot-mun-metoden. Jämfört med fåglar, som helt och hållet kan kollapsa sin lunga, är våra lungor ineffektiva som blandar ny och gammal luft. Det är kanske därför som fåglar kan flyga tvärsöver öknar och klättra 10 000 meter utan gasmask. Men fåglar kan inte - vad jag vet - göra näbb-mot-näbb-metoden.

Det är koldioxid som styr
Andningen regleras normalt inte av syrehalten i blodet utan av mängden koldioxid. När vi bränner fett och socker måste kolatomer i form av koldioxid ut ur kroppen. Koldioxiden reagerar med vatten i blodet och bildar sur kolsyra. Hjärnan är känsligt för blodets surhetsgrad och det finns receptorer som känner av pH-värdet. Om blodet är surare än normalt, kommer den förlängda märgen i hjärnstammen att aktivera hjärtmusklerna, revbensmusklerna och diafragman. Mer koldioxid pressas då ut ur kroppen och det medför i sin tur att mer syre sugs in och att blodets pH-värde återställs. Det är således mängden koldioxid som styr andningen. Hjärnbryggan, som också finns i den urgamla hjärnstammen, styr hastigheten på andningen. Det är en helt och hållet omedveten process, men kan också kontrolleras medvetet med hjärnbarken - annars skulle man ju inte kunna äta, prata och sjunga. Men försök hålla andan så upptäcker du att det är hjärnstammen som har den egentliga kontrollen. Det går inte att besegra hjärnstammen. Den har simmat, krälat och sprungit runt i hundratals miljoner år.

Det viktiga är inte hur mycket syre man får ner i lungorna, utan hur mycket syre som kan transporteras till musklerna och som kan användas som mottagare av elektroner i slutet av andningskedjan. Det kräver kapillärer, mitokondrier, enzymer och transportproteiner. Denna infrastruktur byggs upp som ett svar på stress från träning och det leder till att man känner sig mindre andfådd. Vi behöver inte andas lika häftigt, eftersom cellerna blir bättre och effektivare på att använda det syre som finns och på att göra sig av med den koldioxid som bildas.

Den stora muskeln under lungan (det böjda svarta strecket) kallas diafragma och den är bäst på att fylla lungor med luft.

Lungorna är däremot lika stora som förut. De blir inte större av träning utan storleken styrs av gener. Haile Gebrselassie har förmodligen små lungor jämfört med t ex Magnus Samuelsson, men är mycket uthålligare. Men man kan stärka musklerna runt lungorna. Det kanske t o m kan vara värdefullt eftersom omkring 15 % av syreupptagningen går till andningen när man anstränger sig hårt. Diafragman är emellertid oerhört uthållig. Ibland kan man dock få kramp, så kallat håll eller mjälthugg. Denna kramp uppkommer förmodligen p g a irritation i bukhinnans parietalceller, som är det yttersta lagret av bukhinnan och som fäster på bukväggen och undersidan av diafragman. Det kanske i sin tur beror på att man andas ytligt och inte tillräckligt avslappnat. När håll/mjälthugg är ett faktum är mitt bästa tips att försöka andas ut som om man blåser ut ett ljus. Det häver ofta krampen.

Jag andas i takt med mig själv
Med tanke på att vi utvecklats som uthållighetslöpare kan man fråga sig varför vi utrustats med två små hål i näsan för att suga in syre. Svaret är förmodligen: för att det räcker så. Det finns gott om syre.

Jag hämtar andan, dvs pustar ut koldioxid.

Jag brukar andas i en bestämd 3-2-rytm (3 in- och 2 utandningar vid långsam löpning) eller 2-1 (2 in- och 1 utandning vid snabbare löpning) i takt med löpsteget, så att summan av in- och utandningar blir ojämn. På så sätt får både höger och vänster sida lika många stötar när höger respektive vänster fot slår i marken, samtidigt som jag andas ut och musklerna är avslappnade. Jag tror det är bättre att sprida ut stötarna på båda sidor, än att låta stötarna från marken - som motsvarar 2-3 gånger kroppsvikten - slå på en och samma sida kilometer efter kilometer.

En vana
Bra löpare har rytm. Om man saknar känsla för rytm, kan det vara svårt att springa efter en bestämd rytm. De flesta som springer andas redan enligt ett inlärt mönster, medan nybörjare andas mer ytligt och oregelbundet (och oftare får håll/mjälthugg).

För mig tog det ungefär 2-3 månader att lära mig andas 3-2 och 2-1. Jag var nära att ge upp och falla tillbaka till 2-2, men nu springer jag oftast på två växlar. När jag springer ännu snabbare öppnar jag munnen på vid gavel, spänner revbensmusklerna och byter till 2-1-1-1 (in-in-ut-in-ut). När jag springer 3-2 andas jag med magen och genom näsan, men kan säkert bli bättre på det. När jag växlar upp till 2-1 i en backe öppnar jag munnen lite mer. Människan andas med näsan och äter med munnen, inte tvärtom. Men ibland behöver vi hjälp av munnen för att vädra ut koldioxiden.

Jan Ullrich vinnare av bl a Tour de France verkar kunna andas med magen.

Det är diafragman som ska dra ner lungorna så att alveolerna kan expandera, inte de ängsliga revbensmusklerna högre upp som sitter runt bröstkorgen. Det är diafragman som pumpar upp lungornas miljontals små alveoler. Det är där blodet (läs mer om det märkliga proteinet hemoglobin här) gör sig av med kol och hämtar upp syre. Problemet med det är kanske först och främst socialt. I vår kultur håller vi in magen och det anses - av någon anledning - fult med en mage som står ut, men om man tittar på de bästa cyklisterna är de oerhört duktiga på att spänna ut magen och suga in luft.

Lance Armstrong kunde andas med diafragman.

Läs mer ...

Hemoglobin - ett fantastiskt protein

De flesta vet nog att hemoglobin är ett protein som finns i blodet och som sköter den livsviktiga syretransporten. Det är ju helt avgörande när man springer. Men som allt annat i kroppen är det så mycket mer än det. Det är komplext och inte lätt att beskriva i enkla ord, men jag ska göra ett försök.

Järnet håller syret
Hemoglobin består av fyra subenheter. Varje subenhet har i sin tur varsin heme-grupp med en järnatom i mitten. Det är järnatomen som håller fast och transporterar syre - det är en av anledningarna till att vi behöver järn. Järnatomen sitter fast i heme-gruppen som sitter fast i resten av hemoglobinmolekylen. Det är järnet som ger blodet dess röda färg.

Hemoglobin fraktar fyra syremolekyler.

När blodet pumpas förbi lungorna är det hemoglobinets uppgift att fånga upp syre och föra det vidare till musklerna. Hemoglobinmolekylen är dock inte särskilt sugen på syre, för den befinner sig i ett inaktivt läge. Hemoglobin kan anta två olika former: en aktiv R-form då syre binds lätt och en inaktiv T-form då den ogärna binder till syre. Syretrycket är dock så högt i lungorna att syret tvingar sig på hemoglobinmolekylen. När en syremolekyl bundit sig till en av subenheterna, förändras den till den aktiva formen. Denna förändring ökar sedan sannolikheten att de övriga subenheterna blir aktiva, vilket leder till snabb syresättning av blodet.

BPG - nyckeln till blodets dörr
När vi börjar springa alstras energi genom en process som kallas glykolys. Den består av tio reaktioner. I en av reaktionerna bildas en tillfällig molekyl som kallas 2,3-bisfosfoglycerat (BPG). Allt BPG används dock inte i reaktionen. En bråkdel släpps fri av det ansvariga enzymet. Ju mer man använder musklerna, desto mer glykolys och följaktligen också mer BPG. När blodet når de arbetande musklerna, binder sig BPG till blodets hemoglobin. Det leder till att hemoglobinet inaktiveras och släpper av syre. Tack vare BPG hamnar därmed syret i närheten av de arbetande musklerna. Cellerna offrar således lite energi för att utnyttja BPG som en signal till kroppen att öka flödet av syre dit det behövs. Cellerna är fantastiska.

BPG passar perfekt i hålrummet i hemoglobinmolekylen och låser fast det i inaktiv T-form så att syre avges.

I musklerna finns proteinet myoglobin som är bra på att ta upp och lagra syre, men det är inte lika bra på att släppa ifrån sig syre. Myoglobin tar upp syre som släpps från hemoglobin, men släpper bara ifrån sig syre när koncentrationen av syre är mycket låg. När musklerna jobbar hårt och får brist på syre släpper alltså myoglobin ifrån sig syre och det är ju då syre behövs. Perfekt!

Myoglobin binder syre där hemoglobin släpper det. Vid t ex pO2=20 så släpper hemoglobin nästan allt syre, medan myoglobin syremättas till 90 procent.

När hemoglobinmolekylen lämnar musklerna är den fastlåst i den inaktiva formen av BPG. Den kan inte ta upp syre, bara ge ifrån sig syre. På väg till lungorna avger dock hemoglobin BPG när celler - som utnyttjar de energirika bindningarna i BPG - greppar tag i det. Om hemoglobin vore fastlåst i sin inaktiva form skulle det inte kunna ta upp syre i lungorna, nu är det förvisso i inaktivt men inte fastlåst av BPG längre. Bara syrehalten är tillräckligt hög så kommer syret att binda till hemoglobin igen och de kortlivade blodcellerna pumpas vidare ytterligare ett varv i kroppen.

Andningens alkemi
När celler omvandlar fett och glukos till energi bildas koldioxid, som på något sätt måste ut ur kroppen. Ett obegripligt blixtsnabbt enzym som heter karbanhydras (varje enzym skapar en miljon bindningar i sekunden!) bildar kolsyra av vatten och koldioxid. Kolsyran spjälkas sedan i bikarbonat och protoner, vilket sänker pH-värdet och det sänkta pH-värdet fungerar också det som en signal till hemoglobinmolekylen att släppa ifrån sig syre. Eftersom hemoglobinet är inaktivt och stängt för syre, kan det ta med sig koldioxid i form av protoner och bikarbonat ut till lungorna igen där karbanhydras återbildar det till koldioxid som vi kan pusta ut.

Anledningen till att vi andas hårt när vi springer är att vi måste buffra syran som bildas av koldioxid och därmed motverka att pH-värdet sjunker. Det är alltså inte i första hand behovet av syre, utan tvånget att andas ut koldioxid, som driver andningen. Den bästa bufferten är bikarbonat. Bikarbonat binder till en proton för att producera vatten och koldioxid. Om vi inte andas ut koldioxiden tillräckligt snabbt, omvandlas koldioxid tillbaka till protoner och bikarbonat. Det sjunkande pH-värdet bidrar då till att vi tappar alla krafter och springer in i väggen. Det är inte mjölksyra som ger surt blod, utan försurningen följer av hur vi skapar energi i musklerna. Det är andningen som reglerar balansen. Vi har sensorer som ständigt kontrollerar vårt blod och talar om för hjärnan när man ska öka andningen och vädra ut koldioxiden. De är mycket mer känsliga för en ökning av koldioxid i blodet än för en minskning av syre. Allt hänger på andningen och allt hänger på BPG och syret hänger på järnet och allt hänger ihop.

Rökare har dock svårt att hänga ihop i långa lopp. Deras celler skapar mycket mer BPG, vilket låser fast hemoglobin i sin inaktiva form så att de inte kan ta upp syre. Rökning ökar också mängden kolmonoxid med mellan 3-15 gånger. Eftersom kolmonoxid binder till hemoglobin 250 gånger bättre än syre, leder det till att blodet fungerar sämre som transportör av syre och koldioxid. Det är en bra anledning till att sluta röka. Andningen kommer att gå lättare och då orkar man mycket mer.

Snön försvann
Eftersom snön smälte bort i slutet av året så har det inte blivit så mycket skidor. Jag har däremot sprungit 70 km den här veckan och det är mer än jag brukar. Det känns lätt att springa just nu. Jag ska inte ge något nyårslöfte, men minnesgoda läsare kanske minns att jag lovade att skriva en bok både 2013 och 2014. Det kanske är dags att göra slag i den saken nu när nya dörrar har öppnats.

Nästa vecka kommer årets första nummer av Runners World och från och med det numret är jag med och bidrar med en krönika om löpning och vetenskap. Jag ska dessutom börja blogga på Runners Worlds hemsida inom kort, det är en chans att nå fler läsare och som skribent vill man framför allt att människor ska läsa och ta till sig det man skriver, även ganska krångliga inlägg om biokemi:)

Lungor växer inte

Ibland har jag hört folk säga att "han orkar hur mycket som helst, han måste ha stora lungor", eller att man ska andas mycket när man springer. Det är förvisso viktigt att andas djupt med magen, det sparar kraft och energi och gör att vi springer mer avslappnat. Men med tanke på att vi badar i syre vid havsnivån och att det alltid finns en viss överkapacitet, så kan det knappast vara ett problem att få i sig tillräckligt med syre. Vi fylls med syre enligt fysikens lagar (Boyles lag). Allt man behöver göra är att skapa ett lägre tryck i lungorna genom att spänna ut bröstkorgen och trycka ut magen, då strömmar det in luft från atomsfären som har högre tryck. Det är klart att det kan bli brist på syre, men det sker i så fall längre in i kroppen. Det syre vi andas in, är bara ett steg i en lång kedja och ingen kedja är starkare än sin svagaste länk.

Nästan alla har för stora lungor
Vi andas in enorma mängder luft, omkring 7,5 liter i minuten varav 1,5 liter syre. Det mesta syret andas vi ut igen. Vid extrem ansträngning kan en toppidrottsman dra i sig 150 liter luft per minut, varav 30 liter är rent syre. Svensk rekord i syreupptagning - som innehas av Lassi Karonen - är dock "bara" 7,2 liter, resten - över 20 liter syre - kommer aldrig till användning. Det är alltså bara en liten del av syret som tränger in i mitokondrierna. Det finns en överkapacitet. Det är hjärtminutvolymen - slagvolym och hjärtfrekvens - samt muskler och cellandning som begränsar prestationen och över allt detta vakar hjärnan som i varje givet ögonblick övervakar skeendet så att man inte riskerar sin hälsa.

Konditionsfenomenet Lassi Karonen har högsta syreupptagningen, men knappast ”Sveriges största lungor”.

Vi behöver dessutom inte större lungor, de är redan enorma - kring 100 kvadratmeter om man skulle slita ut ett par, veckla ut dem och sedan hamra ut alla blåsor. I luften är syrets partialtryck 160 mmHg (21% av 760 mmHg). När syret når lungornas alveoler sjunker trycket till 100 mmHg, eftersom syre diffunderar (strömmar över) till syrefattigt blod (med trycket 40 mmHg) till det blir nästan helt syremättat (100 mmHg). När blodet knuffats runt ett varv i kroppen är trycket åter nere på 40 mmHg och i mötet med lungorna stiger det till 100 igen. Så stiger och sjunker blodets innehåll av syre i takt med hjärtats slag. För vissa individer som kör väldigt hårt hinner kanske inte blodet mättas av syre i tillräckligt hög grad, men det beror inte på att det finns för lite syre i lungorna. Överföringshastigheten begränsas av hur mycket blod som passerar lungorna per minut och tryckskillnaden mellan lungor och blod.

När vi andas ut är syretrycket 116 mmHg, så syrehalten stiger när vi andas ut. Det beror på att det finns oanvänt syre i luftstrupen (allt som inte är alveoler) som vi andas ut, vilket gör att vi kan blåsa liv i folk som tuppat av. Jämfört med fåglar, som helt och hållet kan kollapsa sin lunga, är våra lungor ineffektiva som blandar ny och gammal luft. Det är kanske därför som fåglar kan flyga tvärs över öknar och klättra 10 000 meter utan gasmask. Men fåglar kan inte - vad jag vet - göra näbb-mot-näbb-metoden.

Det är inte syre utan koldioxid som styr
När jag började träna blev jag lätt andfådd. Jag blev tvungen att sakta ner och ”hämta andan". Kroppen skrek efter syre. Men det är inte helt korrekt. Jag hade inte brist på syre. Jag blev andfådd därför att kroppen behövde göra sig av med koldioxid.

Jag hämtar andan efter en dubbelspurt i Indalsledenloppet 2013.

Andningen regleras normalt inte av syrehalten i blodet utan av mängden koldioxid. När vi bränner fett och socker måste kolresterna av denna brasa ut ur kroppen. Det bildas koldioxid som hamnar i blodet, där koldioxiden reagerar med vatten och bildar kolsyra. Kolsyran gör blodet surt (pH –värdet blir lägre). Hjärnan är känsligt för blodets surhetsgrad och det finns flera receptorer som känner av pH-värdet. Om blodet är surare än normalt, kommer den förlängda märgen i hjärnstammen att skicka en signal till hjärtmusklerna, revbensmusklerna och diafragman, att kontrahera. Mer koldioxid pressas då ut ur kroppen och det medför i sin tur att mer syre sugs in och att blodets pH-värde stiger. Det är således mängden koldioxid som styr andningen. Hjärnbryggan, som också finns i hjärnstammen, styr hastigheten på andningen. När man anstränger sig ser hjärnstammen alltså till att man andas häftigare eftersom man bränner mer fett, vilket annars skulle leda till ökad produktion av koldioxid och ett surare blod. Det är en helt och hållet omedveten kontroll, men man kan också med hjälp av hjärnbarken kontrollera andningen medvetet - annars skulle man ju inte kunna äta, prata och sjunga. Men försök hålla andan så upptäcker du att det är hjärnstammen som har den egentliga kontrollen. David Blaine, som kanske är en av världens viljestarkaste personer, kunde dock kämpa mot hjärnstammen i 17 minuter. Otroligt och obegripligt.

Det viktiga är inte hur mycket syre man får ner i lungorna, utan hur mycket syre som kan transporteras till musklerna så att det kan användas för att förbränna socker och fett. Det kräver bra transportvägar, mitokondrier och transportproteiner till muskelcellerna och minskat flöde till andra kroppsdelar. Uthållighetsträning leder till att det bildas kapillärer som tränger djupare in i musklerna. Därmed kan musklerna använda mer syre och göra sig av med mer koldioxid. Även mängden mitokondrier ökar och det bildas fler proteiner som sköter transporterna. Förbränningen av fett och laktat blir bättre. Allt detta gör att man känner sig mindre andfådd, ju mer man tränar. Vi behöver inte andas lika häftigt, eftersom cellerna blir bättre och effektivare på att ta hand om det syre som finns tillgängligt och på att göra sig av med den koldioxid som bildas.

Lungorna är däremot lika stora som förut. De blir inte större av träning utan storleken styrs till största delen av hur stor man är i övrigt, d v s av gener. Haile Gebrselassie har förmodligen små lungor jämfört med t ex Magnus Samuelsson. Däremot kan man stärka musklerna runt lungorna. Det kanske t o m kan vara värdefullt eftersom omkring 15 % av syreupptagningen går till andningen när man anstränger sig hårt. Diafragman är emellertid oerhört uthållig. Ibland kan man dock få kramp, så kallat håll eller mjälthugg, men orsakerna till det är ännu inte helt klarlagda. Kanske det beror på att man andas ytligt och inte tillräckligt avslappnat med diafragman/magen. Det bästa sättet enligt många löpare för att avhjälpa håll - när det är ett faktum - tycks vara att försöka andas ut som om man blåser ut ett ljus.

Jag andas i takt med mig själv
Med tanke på att vi utvecklats som uthållighetslöpare strax ovanför havsytan kan man fråga sig varför vi utrustats med två små hål i näsan för att suga in syre. Svaret är förmodligen: för att det räcker så. Jag andas djupt med magen och oftast in genom näsan, men när jag springer fort eller blir utmattad då öppnar jag munnen. Jag brukar andas i samspel med kadensen i mina ben, t ex 3-2 eller 2-1 (oftast 3-2), så att summan av in- och utandningar blir ojämn. På så sätt får både höger och vänster sida lika många stötar när höger respektive vänster fot slår i marken samtidigt som jag andas ut. När jag andas in är musklerna som spänner ut lungorna spända, men när jag andas ut är de avslappnade och därmed oskyddade. Jag tror detta andningsmönster minskar risken att jag ska känna mig utmattad, få håll/mjälthugg eller känna smärta. Jag tror det är bättre att sprida ut stötarna på båda sidor, än att låta stötarna från marken slå på en och samma sida kilometer efter kilometer. När jag springer pumpar armar, ben, hjärta och andning i samma takt. Det är nästan bara då som jag är helt i takt med mig själv och världen runt omkring.

Under ytan
Det finns gott om syre vid havsytan, men bara några millimeter under havsytan finns det nästan inget syre alls. Det är en skarp gräns. Just nu tränar jag, som egentligen inte är särskilt simkunnig, inför mitt livs första och kanske enda swimrun i Söderhamn om två veckor och jag ligger och sprattlar på gränsen mellan liv och död, mellan luft och vatten. Löpningen blir också tung med blöt våtdräkt. Simningen blir dock ännu tyngre. Det är sammanlagt 4 km simning, med två sträckor på 800 meter vardera. Att andas i luft är lätt, men att andas på gränsen mellan vatten och luft är förvånansvärt svårt. Jag tror nästan jag måste dyka ner i orsakerna till det i något kommande inlägg.

En av Sveriges sämsta simmare förbereder sig för ett magplask.