Kunskap är styrka – muskelstyrka

Kunskap är styrka - muskelstyrka
Carlos Sibrian
Independent Project in Biology
Självständigt arbete i biologi, 15 hp, vårterminen 2007
Institutionen för biologisk grundutbildning, Uppsala universitet
Kunskap är styrka - muskelstyrka
Carlos Sibrian
Självständigt arbete i biologi 2009
Sammandrag

Muskeln är uppbyggt av ett stort antal muskelfibrer som utövar sin effekt genom
sammandragningar. Muskelfibrernas kontraktila egenskaper fås utav sarkomeren som är uppbyggt av ett flertal olika proteiner. Vid fysisk aktivitet avges signaler som kan initiera muskeltillväxt, angiogenes och mitokondriebiogenes.
Styrke- och uthållighetsuppbyggande processer har oftast väldigt komplexa signalvägar. Många olika ämnen är inblandade i signalvägarna. Hälsotillskott används för att tillföra mera av de aktiva ämnena och tanken är att muskeltillväxten ska öka i proportion till den tillförda mängden. Hälsotillskott som utvecklas utifrån denna princip är anabola steroider som ökar
mängden testosteron och kreatin som ökar mängden ATP. Eftersom signalvägarna är komplexa så kan bieffekter uppstå vid långvarig användning av hälsotillskott.

Muskelvävnad
är under ständig förändring och detta är särskilt påtaglig vid styrketräning som ger en ökning av muskelmassa. Svält är den direkta motsatsen och ger en minskning av muskelmassa. Åldrandes negativa effekt beror främst på en denervering av muskler (förlust av nerver). När muskler inte längre får signaler att kontrahera omvandlas de till fett- eller bindvävnad.

Inledning
Människan har alltid funnit styrka fascinerande och metoderna för att uppnå denna har varit många och baserats på allt från iakttagelser till religiös tro. Ett exempel är ett utdrag från den grekiska mytologin. Här berättas det om en bonde som varje dag sprang med en kalv runt sina axlar, denna kalv växte och bonden blev starkare i proportion till kalvens tillväxt. När det var dags för Olympiaden så kunde bonden bära en hel tjur på axlarna och var vida överlägsen de andra deltagarna. Denna korta historia beskriver en av grundpelarna i träning och muskelvävnadens funktion - ökad motstånd ger ökad styrka genom muskelvävnadens anpassningsförmåga.
Informationen om vad som ger styrka och uthållighet har ökat markant sen de forna grekernas tid och man känner till både hur muskeln är uppbyggt och hur den genererar kraft. Sportutövare använder sig av informationen som finns om muskler för att förbättra sin prestation. Tyngdlyftare tränar typ II-muskelfibrer för att få kraft, maratonlöparen tränar typ Imuskelfibrer för uthållighet och en fotbollspelare skulle troligen träna båda typer av muskelfibrer. Personer som inte känner till hur olika träningsprogram kan ge olika resultat kan felaktigt börja köra samma träningsprogram som kroppsbyggare i hopp om att få styrka
och uthållighet. Detta innebär oftast att personen i fråga tar en omväg då kroppsbyggare tränar för att få stora välformade muskler och inte för att öka vare sig styrka eller uthållighet. En ökad förståelse för kroppens reaktion på fysisk aktivitet kan hjälpa människor att öka sin livskvalitet samt hindra ohälsosamma aktiviteter. Ett konkret exempel på träningens många positiva effekter kan ses hos fysiskt aktiva äldre - genom kontinuerlig träning så har de saktat ner förlusten av muskelmassa samt motverkat denervering av muskler. Ett exempel på en
ohälsosam aktivitet är användningen av anabola steroider för att öka muskeltillväxten. Anabola steroider kan ge en snabb muskelökning men bieffekterna är många och kan vara livshotande. I denna uppsats diskuteras vad som händer i musklerna vid styrketräning, åldrande och svält. De olika effekter som hälsotillskott har på kroppen tas också upp.

Muskelkontraktion
Skelettmuskulaturen är den muskeltyp som vi har medveten kontroll över och som ansvarar för kroppens rörelser. Skelettmuskulaturen är uppbyggd av flera sorters muskelfibrer. Dessa fibrer består i sin tur av flera tätt hoppackade myofibriller (figur 1) (Lieberman 2001). Myofibriller är uppbyggda av sarkomerer som ger muskeln dess kontraktila egenskaper. Det är sarkomeren som ger muskeln dess tvärstrimmiga utseende då denna är uppbyggd av aktin
och myosin som löper nästan parallellt (Squire 2005).
Figur 1. Skelettmuskulaturen är uppbyggd av många muskelfibrer. Muskelfibrer består av tätt hoppackade myofibriller. Sarkomererna i myofibrillen står för både muskelns tvärstrimmiga utseende och dess förmåga att dra ihop sig.

Sarkomerens struktur
Två olika filamenttyper bygger upp sarkomeren - det tjocka filamentet som består av myosin II och det tunna filamentet som består av aktin (figur 2.). Dessa två filament ligger parallellt med varandra och sarkomerens kontraktila egenskaper kommer utav att de interagerar med varandra. Z-skivorna finns i sarkomerens två ändor och fungerar som skiljeväggar mellan olika sarkomerer. Det tunna filamentet förankras i Z-skivorna via sin plusända. Aktinfilament
från två olika sarkomerer kan binda till samma Z-skivor vilket gör det möjligt för alla sarkomerer att kontrahera samtidigt (Squire 2005). Det tjocka filamentet är placerad i mitten av sarkomeren och har myosinhuvuden utstickandes från sina båda poler. Det tjocka filamentets mittenområde har inga huvuden och det är här som de stabiliserande M-banden binder. M-banden binder till det tjocka filamentet med hjälp av proteinerna myomesin och Mprotein. M-banden ser till att det tjocka filamentet håller sig i mitten av sarkomeren under muskelsammandragningar (Agarkova m.fl. 2003). M-banden interagerar med proteinet titin
som är ansvarig för att stabilisera sarkomeren och hålla alla proteiner på rätt plats. Titin är ett väldigt stort protein och är förankrat till Z-skivorna vid sarkomerens ändar. Titin löper från Zskivorna innåt mot myosinfilamentets mitt där titin sen kan binda till M-banden. (Greanzier & Labeit 2004). Sarkomeren har delats upp i olika zoner beroende på om myosin och aktin finns där eller inte. Områden där bara myosin finns kallas för H-zoner medan området där det bara finns aktin kallas för I-zoner. A-zonen är det område där myosin finns oberoende om aktin
finns där eller inte (figur 3) (Wakabayashi 2001).
Figur 2. (A) Myosinmolekylen består av en lång svans och har två huvuden vid svansens ena ända.
(B) När myosinmolekyler aggregerar så bildas ett myosinfilament, också känt som det tjocka filamentet.
Myosinhuvuden sticker ut från det tjocka filamentets två poler medan mittendelen är helt bar.
(C) Aktinfilamentet består av F-aktin (filamentöst aktin), och kallas pågrund av dess smala form för det tunna
filamentet. G-aktin (globulärt-aktin) är en underenhet till F-aktin och bygger upp denna när de binder till
varandra. Dessa underenheter är reaktiva och går av och på det tunna filamentets båda ändor. Den sida där
G-aktinet går på snabbast kallas för plussidan medan den sida där G-aktinet går av snabbast kallas för
minussidan. Långa tvinnade slingor av tropomyosin är slingrade längs F-aktinet och binder till troponinkomplexet.
Tropomyosin och troponin bildar tillsammans en regulatorisk enhet som kan blockera interaktioner
mellan aktin- och myosinfilament. Den regulatoriska enheten tillåter bara interaktioner när musklerna aktiveras,
detta hindrar myosinet från att interagera med aktinet i onödan.
Figur 3. Sarkomeren är uppbyggd av flera komponenter. Myosinfilamentet byggs upp av flera myosinmolekyler
och är placerat centralt i sarkomeren. Myosinfilamentet har flera utstickande huvuden som används för att binda
till aktinfilamentet. Aktinfilamenten ligger på varsin sida av myosinfilamentet och binder till Z-skivorna via sin
plusända. Aktinfilament från två olika sarkomerer binder till Z-skivorna, genom att binda ihop sarkomerer så kan
en enhetlig kontraktion av alla sarkomerer ske vid stimulans. M-banden binder till myosinfilamentens huvudlösa
mitt och ser till att denna håller sig i mitten även när sarkomeren kontraherar. Titin är ett stort protein som binder
till olika komponenter i sarkomeren och ger sarkomeren stabilitet. Dem olika zonerna visar vilka filament som
finns i sarkomeren och var dem håller till. Vid H-zonen så finns bara myosinfilament och vid I-zonen bara
aktinfilament. Det område där hela myosinfilamentet finns kallas för A-zonen.
Aktivering av sarkomeren
Rörelse är en medveten process och med hjälp av motorneuroner så kan stimulans gå direkt
från det centrala nervsystemet till skelettmuskulaturen. Motorneuroner binder till
muskelfibrernasmembran (sarkolemman) och skickar aktionspotentialer som når muskeln via
en neuromuskulär synaps. Signalerna leds från sarkolemman och genom T-tubuli som är
invaginationer i membranet. T-tubuliinvaginationer går genom muskelfibrer och ser till att
djupt sittande myofibriller aktiveras samtidigt som ytligt sittande myofibriller.
Signalen öppnar spänningsreglerade Ca2+-kanaler i det sarkoplasmatiska nätverket och släpper
ut lagrade Ca2+-joner.Ca2+- jonerna binder till troponin komplexet på det tunna filamentet och
ger en förskjutning av tropomyosinet som i vanliga fall blockerar myosinhuvudets
bindningställe. (Squire 2001).
Myosinhuvuden kan nu binda till aktinet, vilket möjliggör kontrahering av sarkomeren.
Kontrahering är en energikrävande process och myosinhuvudena får energi genom att
katalysera ATP-hydrolys. ATPas-aktiviteten tillåter huvudena att binda, ändra konformation
och sedan släppa aktinet - det är denna rörelse som resulterar i kontraktion av sarkomeren
(figur 4). När alla sarkomerer kontraherar samtidigt så sker även en kontraktion av muskeln.
(Squire 2005).
Figur 4. (A) När ATP binder till myosinhuvudet så släpps eventuella fasthakningar och huvudet genomgår en
konformationsförändring. (B) Huvudet har ATPasaktivitet och hydrolyserar ATP till ADP och Pi . Dessa
produkter är fortfarande bundna till huvudet och tillåter denna att binda till aktinet en bit ifrån det ursprungliga
bindningstället. (C) Efter att huvudet har bundit till aktinet så friges först Pi och snabbt därefter ADP. (D) när
dessa två molekyler släpper så sker en konformationsförändring och myosinhuvudet skjuter aktinet inåt mot
sarkomerens mitt. Det är denna rörelse som ger muskeln dess kontraktila egenskaper. (Squire 2005).
Muskel fibrer
Människan har tre olika typer av muskelfibrer som skiljer sig från varandra beroende på
kontraktionshastighet, kraften dem alstrar samt på vilket sätt de får sin energi. Typ I är en av
de tre muskelfibrerna och är den fibertyp som har långsammast kontraktion och minst
motorneuron. Typ I-fibrer är väldigt uthålliga och har främst en aerob energiomsättning där
fettförbränning är den huvudsakliga processen (Bassel-Duby & Olson 2006). Typ I-fibrer
innehåller mycket mitokondrier och myoglobin samt ett stort antal kapillärer - detta är
anledningen till att muskler som består av typ I muskelfibrer är röda. Typ I-muskelfibrer
används vid lågintensitetsaktiviteter och kräver god tillgång på syre eftersom de har en aerob
energiomsättning (Squire 2005).
Typ II-fibrer har en snabb och kraftfull kontraktion och är också större än typ I-muskelfibrer.
Typ II-fibrer delas vanligtvis in i de två undergrupper: Typ IIA och typ IIX (Bassel-Duby &
Olson 2006). Typ IIA-fibrer har hög uthållighet och generar nästan lika hög kraft som typ
IIX-fibrer. Den höga uthålligheten beror på att antalet mitokondrier och myoglobin är nästan
lika hög mellan typ I-fibrer och typ IIA-fibrer. Den höga myoglobinmängden kan ses i
muskler som är rika på typ IIA-fibrer då dessa oftast är rosafärgade (squire 2005). typ IIAfibrer
används i aktiviteter som kräver både explosivitet och uthållighet. Ett exempel på en
sådan aktivitet är 400 meter sprint (Lazareva 2004).
Typ IIX-fibrer har väldig låg uthållighet och använder sig främst av anaeroba processer för att
få energi. Dessa processer innefattar främst användning av kreatinfosfat och glykogen.
Antalet mitokondrier och myoglobin är väldig låg i typ IIX-fibrer och detta är anledningen till
att muskler av denna fibertyp är vita (Squire 2005). Eftersom typ IIX är den fibertyp som ger
störst kraft så används den vid aktiviteter som kräver snabb och explosivt kraftalstring.
Exempel på sådana aktiviteter är tyngdlyftning och höjdhopp. (Nader 2006).
Satellitceller
Musklernas stamceller kallas för satellitceller och karakteriseras av att de håller till i
myofibrernas basala lamina. Satellitceller är oftast inaktiverade i fullt utvecklade muskler och
hålls i detta läge genom transkskriptionell kontroll (Janine 2005). Dessa celler aktiveras av
signaler som initierar transkription och translation av specifika gener. Några av generna
aktiveras också genom alternativ splitsning. När satellitceller aktiveras så går de från det ickeprolifierande
G0-stadiet till det prolifierande G1-stadiet (Dhawan & Rando 2005).
Satellitceller som har börjat dela sig kallas för mpc (myogen förstadiecell) eller mogna
myoblaster. Det är dessa myoblaster som differentierar och sammansmälter med redan
existerande muskelfibrer. HGF (hepatocyttillväxtfaktor) är en tillväxtfaktor som vanligtvis är
bunden till ECM (extracellulär matrix) via proteoglykaner. När en muskel skadas så
uppkommer det bristningar i den basala laminan. Skador på basal lamina ger en frigörelse av
bundet kväveoxidsyntas. Detta enzym tros vara inblandat i att HGF bryter bindningen till
proteoglykan. HGF har kemotaktiska egenskaper och mpc-cellerna leds till den skadade
muskeln genom att följa denna tillväxtfaktor (Scime & Rudnicki 2006).
HGF är tillsammans med andra tillväxtfaktorer såsom FGF-6 (fibroblasttillväxtfaktor 6),
FGF-2(fibroblasttillväxtfaktor 2) samt IGF-1 (insulinliknande tillväxtfaktor 1) också
inblandade i prolifering och differentiering av mpcs (Janine 2005). Prolifiering av
satellitceller är asymmetrisk, vilket innebär att när en satellitcell delar sig differentierar en av
dottercellerna till mpc medan den andra går tillbaka till viloläget. Denna proliferingsmetod ser
till att det alltid finns satellitceller tillgängliga vid muskelskador. Antalet Notchreceptorer och
notchligander (delta) ökar under muskelskador vilket tros vara den faktor som ger
differentiering till antingen mpcs eller vilande satellitceller. En av dottercellerna kommer att
ärva numb, en notchinhibitor som hindrar liganderna att binda till dottercellernas
notchreceptorer. Den dottercell som inhiberar notchreceptorn kommer att differentierar medan
den dottercell som saknar numb går in i viloläge (Dhawan & Rando 2005).
Mitokondrier
Mitkondrier står för 95 % av cellens ATP produktion och bildar ATP genom oxidativa
processer. Den ökade oxidativa och metabola förmågan hos personer som tränar aktivt kan till
viss del härledas till en ökning av antalet mitokondrier.
Uthållighetsträning är starkt förknippad med en ökning av antal mitokondrier och oxidativ
metabolism. Vid uthållighetsträning så ökar omvandlingen av ATP till AMP, och det släpps
ut lagrad Ca2+ från den Sarkoplasmatiska retikeln . Den ökade mängden AMP och Ca2+ vid
uthållighetsträning aktiverar koaktivatorn PGC-1 (PPARγ koaktivator-1) (figur 4). PGC-1
kan genom att interagera med transkriptionsfaktorn MEF2 (myocytförstärkandefaktor2)
aktivera mitokondriel biogenes och oxidativ metabolism. (Koulmann & Bigard 2005).
Angiogenes
Angiogenes ökar antalet kapillärer genom att nya kapillärer växer ut från redan existerande.
Angiogenes kan initieras av syrebrist i vävnader, något som ofta sker vid utdragen
uthållighetsträning. (Bloor 2005).
Faktorer aktiva i angiogenes
VEGF (vaskulär endoteltillväxtfaktor) är den centrala tillväxtfaktorn vid bildande av nya
kapillärer. VEGF ser också till att stimulera redan existerande kapillärer så att de inte
tillbakabildas. Det finns en stark koppling mellan sjunkande VEGF-nivåer och en minskning i
antalet kapillärer (Brown & Hudlicka 2003). VEGF kodas från en enda gen.
Efter transkription så genomgår mRNAt från genen splitsning och ger upphov till olika
isomerer (isomer 121, 145, 165, 189 och 206) varav VEGF165 är den vanligaste isomeren.
VEGF är i vanliga fall bundet till ECM via dess heparinbindandedomän. Muskelskador ger
bristningar i ECM som i sin tur ger en brytning av bindningen mellan VEGF och ECM.
Frisläppt VEGF initierar angiogenes genom att binda till en av två tyrosinkinasreceptorer på
kapillärernas yta. Den ena av dessa receptorer kallas för flk-1/KDR och är den receptor som
är aktiv i vuxen vävnad. Den andra receptorn kallas flt-1 och är främst aktiv i embryogenes
och inte lika viktig i vuxen vävnad (Prior m.fl. 2003).
Andra viktiga faktorer i angiogenesen är angiopoietinerna Ang1(Angiopoietin-1) och Ang2
(Angiopoietin-2). Ang2 initierar bildandet av nya kapillärer genom att destabilisera redan
existerande kapillärer och på så sätt göra dem mer känsliga för VEGF. Ang1 är aktiv i
stabiliseringen och mognaden av nybildade kapillärer (Bloor 2005). Dessa två angiopoietiner
initierar sin effekt genom att binda till kapillärernas tie-2 receptorer. Ang1 och ang2
konkurrerar om att binda till tie-2 receptorerna och ang1 är den ligand som vanligtvis är
bunden medan Ang2 bara binder i områden som genomgår angiogenes (Prior m.fl. 2003).
Angiogenessignalvägar
Angiogenes kan aktiveras vid hypoxi som uppkommer vid syrebrist i vävnaden. Vid hypoxi
binder HIF1 (hypoxiinducerandefaktor) till en reglerande sekvens som ökar transkriptionen av
VEGF mRNA (Bloor 2005). Det nybildade VEGF binder till endotelcellers flk-1/KDR
receptor vilket aktiverar prolifiering av dessa celler (Prior m.fl. 2003). Endotelceller använder
sig av kemotaxi för att hitta fram till den vävnad som kräver angiogenes. För att cellerna ska
komma i kontakt med redan existerande kapillärer så måste det basala membran och ECM
som skiljer dem åt brytas ner. Nedbrytningen initieras av plasminogenaktivatorerna uPA
(Urinplasminogenaktivator) och tPA (Vävnadsplasminogenaktivator) som omvandlar inaktiv
plasminogen till aktivt plasmin. Plasminet aktiverar i sin tur det inaktiva proMMP (pro-matrix
metalloproteinas). Det aktiverade MMP-enzymet proteolyserar det basala membranet och
ECM (Bloor 2005) . Endotelcellerna vägleds till kapillärerna med hjälp av adhesiva molekyler
och integriner (avb3) som binder och släpper endotelcellerna via påverkan av ephrin. Denna
vägledning är viktig då den hindrar slumpmässigt bildande av kapillärer.
När endotelcellerna når sin destination så bildar de omogna kapillärer. Dessa är väldigt
genomsläppliga och läcker plasma. För att kapillärer ska mogna krävs att mängden av
angiopoietin Ang1 ökar samtidigt som mängden Ang2 minskar. Ang1 stabiliserar de omogna
kapillärerna genom att rekrytera pericyter . Pericyter är odifferentierade celler som genom att
binda runt de omogna kapillärerna stoppar läckage och ger stabilitet (Prior m.fl.2003).
Effekt av träning på angiogenes
2 till 4 timmar efter ett träningspass så sker en ökning av mängden VEGF mRNA. En ökad
mängd VEGF mRNA innebär att angiogenesen ökar och det bildas nya kapillärer. Det finns
olika hypoteser angående vad det är i träningen som resulterar i angiogenes. Hypoxi är den
mest studerade av dessa hypoteser och man tror att den ökade VEGF mRNA nivån beror på
musklernas ökade syrekonsumtion (Bloor 2005). Träning kan också påverka storleken hos
artärer och ge större och grövre artärer. Den stimulans som påverkar artärer är det ökade
blodflödet och det tryck som det ger på artärens väggar. Storleksökningen hos artärer kallas
för arteriogenes och skiljer sig från angiogenes i hur den stimuleras, dess signalvägar är inte
lika välkända (Brown & Hudlicka 2003).
Uthållighetsträning
Uthållighetsträning består oftast av repetitiva rörelser som utförs under lång tid. Träningen
kan variera från flera minuter till ett par timmar. Aktiviteter som kan klassas som
uthållighetsträning är cykling, simning och löpning. Uthållighetsträning ger en ökad förmåga
att ta upp syre och att alstra energi via oxidativ metabolism. Andra faktorer som ökar är
antalet kapillärer och mitokondrier, det sker också en växling till oxidativenergiomsättning
(figur 5) (Nader 2006). De ökade oxidativa processerna kan ses i den stigande mängden
oxidativa enzymer och det minskade antalet glykolytiska enzymer (Baar 2006).
Uthållighetsträning ger en ökning av långsamma Typ I-muskelfibrer samtidigt som mängden
snabba Typ II-muskelfibrer minskar. Typ II-fibrer har den största diametern av de två
fibersorterna så växlingen mellan de två typerna innebär att både muskelstorleken och
proteinsyntesen minskar. Personer som har mycket typ I-fibrer i musklerna kan inte genera
särskilt hög maxstyrka men de kan uppehålla lågintensitetsaktiviteter under väldigt lång tid
(Fitts 2003).
Figur 5. (A) Under uthållighetsträning så ökar mängden AMP(adenosinmonofosfat) på grund av den ökade
mängden ATP som förbrukas. AMP binds av enzymet AMPK (AMP aktiveradproteinkinas) vilket resulterar i en
konformationsförändring i enzymet. AMPKK (AMP aktiveradproteinkinaskinas) kan nu binda till AMPK och
fosforylera denna vilket ger AMPKP (det extra P:et indikerar fosforylering). Detta gör AMPK konstitutivt aktiv
vilket innebär att enzymet är verksamt även flera timmar efter träningspasset. AMPK inhiberar proteinsyntes och
andra anabola processer. (B) AMPK stimulerar också användningen av oxidativ metabolism och förbränning av
glukos - ett exempel på detta är uppregleringen av PGC-1 (PPARγ koaktivator 1) som är aktiv i mitokondriebiogenes.
(C) Uthållighetsträning ger en ökning av intracellulärt Ca2+ som snabbt binder till calcineurin. Cam
(kalmodulin) är ett annat enzym som binder till intracellulärt Ca2+. Kalmodulin-Ca2+ komplexet aktiverar kinasen
CamK (kalmodulinaktiverad proteinkinas). (D) CamK fosforyler enzymet HDAC (Histondeacetylas) som
inhiberar transkriptionsfaktorn MEF2 (myocytförstärkandefaktor2) genom att binda till den. Genom att
fosforylera HDAC kan MEF2 translokeras in i cellkärnan och binda till specifika gener och tillsammans med
andra faktorer initiera transkription. (E) Calcineurin uttrycker sin effekt genom att defosforylera
transkriptionsfaktorn NFAT (AktiveradeT-cellers cellkärnfaktor). NFAT går från cytosolen till cellkärnan och
associerar med MEF2. Detta initierar transkription av specifika gener. (Baar 2006).
Styrketräning
Styrketräning består utav få repetitiva rörelser som utförs under högt motstånd. Personer som
styrketränar använder sig främst av typ II-muskelfibrer för att lyfta tunga vikter. Styrketräning
initierar en ökning av proteinsyntes vilket främjar ökningen av muskelmassa (figur 6). ( Nader
2006).
Figur 6. (A) Styrketräning ökar mängden PIP3 (fosfoinoistol 3,4,5 fosfat). PIP3 binder till PKB (proteinkinas B)
och PDK1 (fosfatinositolberoende proteinkinas) via deras pleckstrindomäner. PDK1 och mTORC2 (mål för
rapamycinkomplex hos däggdjur2) fosforylerar varsin aminosyra på PKB vilket aktiverar PKB. (B) Den
aktiverade PKB-kinaset inaktiverar GSK3β (glykogensyntaskinas3β) genom fosforylering. Det fosforylerade
GSK3β kan inte längre inhibera eIF2B (eukaryot initieringsfaktor2B) som är ansvarigt för att byta ut GDP
(inaktiv) mot GTP (aktiv) i den faktor som initierar translation av proteiner. (C) Fosforylering av FOXO
(forkhead-transkriptionsfaktor) inhiberar transkription av atrogener - dessa gener är ansvariga för nedbrytning av
vävnader som t.ex. muskler. (D) TSC2 är en GTPas som hydrolyserar GTP till GDP hos det Ras liknande
proteinet Rheb. När TSC2 blir fosforylerad av PKB så kan den inte längre hydrolysera GTP. (E) Rheb blir
konstitutivt aktiv och kan aktivera flera mTORC1-komplex. mTORC1(mål för rapamycinkomplex hos
däggdjur1) ökar proteinsyntesen genom att fosforylera s6K1 (ribosomalt protein-S6-kinas) som är inblandat i
initiering av proteintranslation och 4E-BP (eIF4E-bindandeprotein) som är inblandat i inaktivering av
proteintranslation. (Nader 2006).
Medelvägen
Inte alla sporter har lyxen att bestå utav få repetitiva rörelser - två exempel på motsatsen är
fotboll och rugby som båda kräver att utövaren ska vara aktiv väldigt länge och samtidigt
kunna alstra hög kraft. Dessa sporter kräver att musklerna består utav båda fibertyp I och -II
(Nader 2006). Ett vanligt problem som uppstår när personer växlar mellan att träna uthållighet
och styrka är att även fibrerna växlar mellan typ II och typ I beroende på vilket egenskap som
personen tränar mest (Fitts 2003). Ett annat problem är att de processer som bygger upp båda
muskelfibertyper har antagoniserande effekt på varandra. Ett exempel på en antagoniserande
process är när AMPK inhiberar TORC1. AMPK aktiveras av uthållighetsträning och TORC1
är inblandad i aktivering av proteinsyntesen. (Nader 2006).
Träningstillskott
Protein
Proteiner är de enheter som bygger upp skelettmuskulaturen och utsätts för ständig förändring
beroende på de krav som ställs på kroppen. Proteinsyntesen påverkas utav vad man äter, hur
mycket man äter och hur fysiskt aktiv man är. Vilken sorts aktivitet som man utför har också
betydelse (Matthijs m.fl. 2006). Aktiviteter såsom styrketräning ger större proteinsyntes än
t.ex. långdistanslöpning. Detta beror främst på att typ II-fibrer används i styrketräning och typ
I-fibrer i uthållighetsträning (Nader 2006). Vid fysisk aktivitet ökar både proteinsyntesen och
proteinnedbrytningen. När födointaget inte är tillräckligt sjunker proteinsyntesen och det bryts
ner fler proteiner än det bildas. Nedbrytningen av proteiner är inte i sig negativ, den är viktig
för att ta bort skadade muskelproteiner och felaktiga proteiner (Matthijs m.fl. 2006). Atleter
har under lång tid använt proteintillskott i form av aminosyror för att öka proteinsyntesen och
på så sätt muskelmassan. De flesta vetenskapliga prövningar visar dock att ökningen i
muskelmassa är marginell och att samma resultat kan nås genom att äta en välbalanserad kost
( Lombardo 2004). Den uteblivna effekten kan bero på att kroppen inte kan nyttiggöra sig den
tillsatta mängden aminosyror (Rennie m.fl. 2004).
Kreatin
Kreatin är en kväverik organisk syra som bildas i levern och njurarna utifrån de tre
aminosyrorna glycin, arginin och metionin (figur 7). Upp till 95 % av kreatinet i kroppen
lagras i skelettmuskulaturen. Kreatinfosfat är den aktiva formen av kreatin och uppkommer
när kreatin tar upp en oorganisk fosfatgrupp. Fosfatgruppen fås från ATP som under intensiv
fysisk aktivitet omvandlas till ADP och oorganiskt fosfat. (Lombardo 2004). Kreatinfosfat
Används vid aktiviteter som kräver mycket styrka och explosivitet. Kreatinfosfat bidrar till
energiomsättningen genom att ge bort fosfatgruppen till ADP så att ATP kan nybildas.
Genom att ta kreatintillskott så kan den totala mängden kreatin och kreatinfosfat i muskeln
höjas 10-40% över det normala. En ökning i mängden kreatin betyder att mera ATP kan
nybildas och personen som tar tillskottet kan prestera på hög nivå under längre tid (Kreider
2003). Användandet av kreatin ger ökad muskelmassa vilket kan bero på att träningen kan
utföras under längre tid. Den enda bieffekten vid användande av kreatin är en lättare
dehydrering (Volek 2004).
Figur 7. Kreatin bildas i njuren och levern utifrån aminosyrorna glycin, arginin och metionin. Vid fysisk aktivitet
omvandlas ATP till ADP och en oorganisk fosfatgrupp släpps fri - fosfatgruppen tas upp av kreatin som blir
kreatinfosfat. Genom att kreatinfosfat ger bort fosfatgruppen till ADP molekyler så regenereras ATP. Det
kreatinfosfat som gett bort fosfatgruppen omvandlas snabbt till restprodukten kreatinin.
Kreatinin transporteras genom blodomloppet till njurarna där den filtreras för att sedan gå ut i urinen.
Anabola steroider
Testosteron är det manliga könshormonet och ger de manliga karaktärsdragen såsom ökad
muskelmassa och skäggväxt. Motsatsen är det kvinnliga könshormonet östrogen som ger
kvinnliga karaktärsdrag. Testosteron är inblandat i reglering av muskelproteinmetabolism,
benmetabolism, plasmalipider samt produktion av blodceller och mannens sexuella funktioner
(Kam & Yarrow 2005). Syntetiska modifieringar av testosteron kan ge en ökad
muskeluppbyggande effekt. De olika preparaten modifieras för att stanna längre i kroppen så
att de kan uttrycka sin effekt under längre tid. Ett ex. är när 17-β-hydroxygruppen i
testosteron förestras för att ge en mer hydrofob produkt. detta tillåter testosteronet att stanna
längre i blodomloppet genom att förlänga absorptionstiden (Hall & Hall 2005).
Testosteron binder till cellens androgena receptorer i cytoplasman. Detta initierar en transport
från cytoplasman till cellkärnan där testosteron kan binda till ett hormonresponselement och
starta transkription av specifika gener (Herbst & Bhasin 2004). Efter att testosteron har
uttryckt sin effekt transporteras det till levern där enzymet 5α-reduktas reducerar testosteron
till DHT (Dihydrotestosteron). DHT har större affinitet till cellens androgena receptorer och
är mer effektiv i aktiveringen av de specifika generna. DHT genomgår efter aktivering av
generna en aromatisering till det östrogenliknande ämnet estradiol (Kam & Yarrow 2005).
Anabola steroider (syntetiskt testosteron) missbrukas ofta av sportutövare som vill öka sin
prestation. Andra vanliga grupper av missbrukare är ungdomar och kroppsbyggare som främst
är ute efter den estetiska aspekten med större och mer synliga muskler (Melnik m.fl. 2007).
Anabola steroider ger ökad muskeltillväxt genom att öka proteinsyntesen samtidigt som
nedbrytningen av proteiner minskar. Den ökade mängden muskelmassa beror inte bara på den
ökade proteinsyntesen, kroppen får även en förbättrad förmåga att återanvända aminosyror.
Antalet satellitceller som differentierar till myoblaster ökar vilket ger en större
sammansmältning av myoblaster med redan existerande muskelfibrer (Herbst & Bhasin 2004).
Användning av anabola steroider ökar storleken på muskelfibrerna men inte deras antal.
Styrkeökningen är direkt proportionell till en ökning i muskelmassa och inte till ett ökat antal
fibrer eller en förändring till en annan fibertyp (Eriksson 2005).
Personer som missbrukar Anabola steroider ökar mängden testosteron till en nivå som kan
vara 100 gånger högre än det normala. En sådan överdos av hormoner ger många olika
bieffekter och många missbrukare tar olika preparat för att dölja de mer synliga bieffekterna
(Hall & Hall 2005). Acne är en av dessa synliga bieffekter och beror på hypertrofi (ökning i
storlek) av talgkörteln. En större talgkörtel innebär mer talg vilket ger en bra grogrund för
bakterien Propionibacterium acne. Denna bakterie ger upphov till de symptom som
kännetecknar acne (Melnik m.fl. 2007). Den ökade mängden estradiol i kroppen som bildats
från aromatisering av DHT ger också många synliga bieffekter såsom bildandet av
kvinnobröst hos män (Hall & Hall 2005). Dessa bieffekter kan beröva sportutövare deras
manlighet men de är inte ansvariga för de dödsfall som kan förekomma vid missbruk av
steroider.
Levern tar mycket stryk hos missbrukare av anabola steroider och det beror till stor del på att
många syntetiska steroider är giftiga samtidigt som de kan stanna kvar i kroppen väldigt länge.
En annan farlig bieffekt är blodproppar. Uppkomsten av blodproppar beror inte på en ökad
mängd blodplättar utan på att produktion av tromboxan har ökat. Tromboxan är en
vasokonstriktorer som underlättar aggregeringen av blodplättar genom att dra ihop kärlen
(Kam & Yarrow 2005). Många anabola missbrukare får anti-sociala tendenser och kan vara
väldigt lättretliga och snabbt bli ilskna. De som missbrukat anabola steroider under lång tid
visar väldigt ofta trötthet och koncentrationssvårigheter, långtidsmissbrukare brukar också
uppvisa självmordsbenägenhet. Kvinnor som missbrukar anabola steroider får något
annorlunda bieffekter som tillbakabildade bröst, djupare röst, ansiktsbehåring, ingen
menstruation samt en storleksökning av clitoris. Kvinnor visar också likt män en
personlighetsförändring och större aggressivitet (Hall & Hall 2005).
Otillräckligt födointag och dess påverkan på muskler
Skelettmuskulaturen konsumerar upp till 20 % av energin från intagen föda och har därför
stor inverkan på kroppens energiomsättning. Muskler lagrar stora mängder glukos i form av
glykogen. Muskelvävnaden står också för den största delen av glukosupptaget.
Muskler innehåller stora mängder lagrad triacylglycerol som vid behov kan brytas ner till
glycerol och energirika fettsyror. (Brameld 2004).
Proteiner är inblandade i många processer och är inte gjorda för energilagring. Nedbrytning
av proteiner sker därför inte förrän kroppen har fastat i ett par dagar. De proteiner som
genomgår proteolys tas från skelettmuskulaturen och både myofibriller och icke-kontraktila
proteiner bryts ner. Under svältförhållanden så ökar proteolysen samtidigt som det sker en
minskning av proteinsyntesen. Den reducerade proteinsyntesen beror på en minskning av
cirkulerande insulin samt ökad aktivitet av det proteolysstimulerande stresshormonet kortisol.
Aminosyror som proteolyseras vid svält omvandlas till alanin och glutamin. Alanin och
glutamin kan sen användas i glukoneogenes (syntes av glukos från andra substrat än
kolhydrater). (Brosnan & Watford 2005).
Åldrandets effekt på muskelfunktion
Åldrande är en naturlig process och karakteriseras av en försämring av flera fysiologiska
funktioner. De vanligaste problemen kommer utav att muskler och nerver tillbakabildas.
Samarbetet mellan muskler och nerver, den s.k. neuromuskulära funktionen försämras också
vid åldrande. Försämring av neuromuskulär funktion kan ses i muskelsvaghet hos äldre
människor. Muskelsvagheten kan direkt associeras till förlusten av muskelmassa och en
minskning i muskelfibrernas diameter. Även kapillärerna som förser musklerna med näring
och syre minskar i antal (Figueiredo 2006). När människor inte är fysiskt aktiva så får
musklerna ingen stimulans till att växa eller att behålla de muskelfibrer som redan finns. När
det gäller förlusten av muskelfibrer så är det främst Typ II-fibrer som minskar hos äldre.
Förlusten av typ II-fibrer beror troligen på att äldre inte brukar göra fysiska aktiviteter som
kräver mycket styrka (Lee m.fl. 2006). Förlusten av typ II-fibrer ger förutom muskelsvaghet
också långsammare rörelser eftersom de explosiva Typ II-fibrerna brutits ner. Förlusten av
funktionalitet i muskler beror inte bara på minskad muskelmassa utan även på förändringar i
motornerverna. Efter 60 års ålder så genomgår människans muskler en kontinuerlig förlust av
nerver, kroppen kompensera för denna förlust genom att bilda utväxter från de kvarvarande
nervcellerna. Bildandet av utskott från redan existerande nervceller minskar i effektivitet med
ökande ålder och till slut förloras mer nerver än det återbildas (Figueiredo 2006). När
nerverna inte längre når fram till en muskel så förloras denna muskel och ersätts med fett eller
fibrös bindvävnad. Förlusten av motornerver ger den negativa effekten att äldre personer får
problem med koordination och reflexer (Volpi m.fl. 2004).
Motornerverna är inblandade i kroppens hållning och balans och när dessa förloras så får
människor balanssvårigheter. Detta kan ses hos äldre personer som ofta ramlar och skadar sig.
Ett sätt för äldre att motverka skador och öka livskvaliteten vore att styrketräna kontinuerligt
för att öka musklernas Typ II-fibrer. Förutom att öka muskelstyrkan så kan styrketräning
också motverka förlusten av motornerver då dessa blir stimulerade av fysisk aktivitet.
Stimulering av motornerver kan motverka den balanssvårighet och stelhet som brukar följa
med ökad ålder. (Figueiredo m.fl. 2006).
Diskussion
Den slutsats som kan dras utifrån denna artikel är att träningssättet har stor inverkan på
muskeltillväxt, styrka och uthållighet. Detta beror på att uthållighetsträning och styrketräning
rekryterar olika muskeltyper och ger olika stimulans. Anledningen till att dessa två typer av
träning ger så pass olika resultat beror på att olika krav ställs på kroppen beroende på vilken
övning som utförs. Kroppens förmåga att ändra sig efter de krav som ställs är den faktor som
leder till stimuleringen av angiogenes, mitokondriebiogenes och proteinsyntes. Ökad
förståelse för hur träning påverkar musklerna utnyttjas flitigt av sportutövare. Detta påverkar
deras sätt att träna och äta.
Flera företag har försökt marknadsföra olika kolhydrat- och proteintillskott med löften om
ökad muskeluppbyggande effekt. Men de flesta vetenskapliga uppsatser stödjer inte dessa
teorier och den ökade anabolismen av muskelmassan är marginell. En produkt som har effekt
är kreatintillskott - intag av kreatin har visat sig öka kroppens mängd av tillgängligt kreatin
och kreatinfosfat. Den ökade mängden kreatin innebär att regenereringen av ATP går
snabbare och sportutövare blir kapabla att kunna göra mer kvalitativ träning. Den enda
bieffekt som hittats är att intag av kreatintillskott kan ge en lättare dehydrering. Men de flesta
experiment har bara utförts under kortare tidsperioder och information om hur långvarigt
användande av kreatin påverkar kroppen är knapp. Det har gjorts många studier på hur träning
kan motverka muskelsvaghet hos äldre. Resultaten har varit positiva och kontinuerlig träning
har visat sig motverka förlust av muskelmassa och muskelnerver. Detta kan ses hos äldre som
har uppvisat både mer styrka och balans än inaktiva personer i samma ålder.
Referenser
Agarkova, I., Ehler, E., Lange, S., Scoenauer, R. & Perriard, J.C. 2003. M-band: a safeguard
for sarcomere stability? Journal of muscle research and cell motility 24: 191-203
Baar, K. 2006. Training for endurance and strength: lessons from cell signaling. Medicine &
science in sports & exercise doi: 10.1249/01.mss.0000233799.62153.19
Bassel-Duby, R. & Olson, E.N. 2006. Signaling pathways in skeletal remodeling. Annual
review of biochemistry 75: 19-37
Bloor, C.M. 2005. Angiogenesis during exercise and training. Angiogenesis 8: 263-271
Brameld, J.M. 2004. The influence of undernutrition on skeletal muscle development.
Brittish journal of nutrition 91: 327-328
Brosnan, J.T. & Watford, M. 2005. Starvation: metabolic changes. Encyclopedia of life
sciences doi: 10.1038/npg.els.0000642
Brown, M.D. & Hudlicka, O. 2003. Modulation of physiological angiogenesis in skeletal
muscle by mechanical forces: Involvement of VEGF and Metalloproteinases.
Angiogenesis 6: 1-14
Dhawan, J. & Rando, T.A. 2005. Stem cells in postnatal myogenesis: molecular mechanisms
of satellite cell quiescence, activation and replenishment. Trends in cell biology 12: 666-673
Ehrhardt, J. & Morgan, J. 2005. Regenerative capacity of skeletal muscle. Current opinion in
neurology 18: 548-553
Eriksson, A., Kadi, F., Malm, C. & Thornell, L.E. 2005. Skeletal muscle morphology in
power-lifters with and without anabolic steroids. Histochemistry and cell biology
124: 167-175
Figueiredo, P.A., Mota, M.P., Appell, H.J. & Duarte, J. 2006. Ceasing of muscle function
with aging: is it the consequence of intrinsic muscle degeneration or a secondary effect of
neuronal impairments? European Review of aging and physical activity 3: 37-83
Fitts, R.H. 2003. Effects of regular exercise training on skeletal muscle contractile function.
American journal of physical medici...