Fysiologiske begrænsninger for muskelarbejde

Præsentationer af emnet: "Fysiologiske begrænsninger for muskelarbejde"— Præsentationens transcript:

1 Fysiologiske begrænsninger for muskelarbejde
Kristian Overgaard Center for Idræt Aarhus Universitet

2 30 s Running Power Change in Power output during treadmill sprinting (Boobis, 1987)

3 Sprint cycling

4 Aktivitetens betydning for præstationsbegrænsende faktorer
Intensitet Meget høj Høj Moderat Varighed Sekunder Minutter Timer Primære energiskabende proces Anaerob nedbrydning Aerob nedbrydning (kulhydrater) Aerob nedbrydning (fedt) Placering af den primære begrænsning af præstationsevnen Musklerne Kredsløbet (åndedrættet) Hjernen Eksempel 400 m løb 10 km løb (Ultra-)Marathon

5 Signal om muskelaktivering Transport af ilt Nerver Muskler Hjerne
α-neuroner, sensorisk feedback Muskler membran, excitabilitet, myofibriller Hjerne intention, motivation, motor cortex Signal om muskelaktivering Kredsløb hjerte, blod, kappilærer Muskler fibertype, mitokondrier Lunger ventilation, diffusion Transport af ilt

6 Muskel-struktur Eckert. Animal Physiology, Fourth edition

7 To potentielle træthedsfaktorer i musklen
1 Mælkesyre – intracellulær forsuring 2 Kalium – nedbrydning af den elektrokemiske gradient over muskelmembranen

8 Kraft og pH reduceres samtidig

9 pH og kraft i enkeltfibre (lav temp)
Høj pH Normal pH Lav pH pH og kraft i enkeltfibre (lav temp)

10 pH og kraftrecovery følges ikke ad

11 Kraft/koffein Force after caffeine
Mouse EDL, in vitro: Restoration of force in fatigued muscle by application of 30mM caffeine

12 EC-kobling

13 Na/K bevægelser i AP

14 K hypothesis

15 Plasma K after exercise
Fig 3. Excersise induced K+ changes in plasma potassium. We know that intense muscle activation does lead to reductions in the K+ gradient here exemplified with a study showing an increase in plasma potassium following 1 min of exhausting exercise. Large changes in plasma Na+ or e.c. Na+ are not described in the litterature. However, in other studies increased intracellular Na+ have been found, thus reducing the Na+ gradient. Another important reason for taking an interest in the effects of reduced e.c. Na+ is the T-tubules, where a Na+ may decrease substantially

16 IC50 pH & pump Rat soleus at rest Intensive exercise ?

17 Force/lactate Effect of 20 mM lactic acid on tetanic force
in rat soleus muscles exposed to a [K+]o of 11 mM. Force/lactate Lactic acid Controls Lactic acid

18 IC50 pH & pump Rat soleus at rest Intensive exercise: reduced pH

19 Konklusioner Mælkesyre giver ikke muskeltræthed
Ophobning af ekstracellulær kalium kan give muskeltræthed Mælkesyre beskytter musklen mod kalium-induceret træthed

20 Hvad siger lærebøgerne om mælkesyre?
”Der dannes mælkesyre som affaldsstof ved glykogenspaltningen. Dette stof er velkendt af mange idrætsfolk som et “træthedsstof” idet det blokerer muskelaktiviteten efterhånden som det ophobes.” Tybjerg Pedersen, Krop og Træning, 1994. “Mælkesyre er et affaldsstof, som skal fjernes fra muskelcellerne” Nielsen & Wolf , Idræt - teori og træning, 2000. “Ulempen ved den anaerobe nedbrydning af glukose og glykogen er, at ophobningen af mælkesyre i løbet af kort tid (få minutter) vil hæmme alle processer, fx i den arbejdende muskelfiber” Schibye & Klausen, Menneskets fysiologi - Hvile og arbejde, 1998. “Lactate is a dead end in metabolism.... The only purpose of the reduction of pyruvate to lactate is to regenerate NAD+ so that glycolysis can proceed in active skeletal muscle” Stryer, Biochemistry, 1988.

21 Tabel 1a: Nye og gamle koncepter vedrørende mælkesyre
Gammelt koncept Nyt Koncept Muskel-træthed Mælkesyre i muskler nedsætter kontraktionskraften og er dermed en oplagt kandidat som trætheds-udløsende stof En række forsøg udført i de sidste år viser at mælkesyre ikke bevirker muskeltræthed. Helt nye eksperimenter viser at mælkesyredannelse kan beskytte musklen mod andre træthedsudløsende faktorer . Smerte Mælkesyreakkumulation i muskler fører til smerte og ømhed. Mælkesyre kan medvirke til akut smertefornemmelse fx. Under statiske kontraktioner uden blodflow. Forsinket muskelømhed skyldes ikke mælkesyre da denne er væk i løbet af ca. 30 min efter arbejdets ophør. Iltgæld Iltgæld skyldes genopbygning af glukose og glykogen fra mælkesyre (under forbrug af ATP). Derfor er iltgælden direkte proportional med mælkesyreproduktionen. Iltgæld er ikke proportional med mælkesyreproduktionen, en stor del af iltgælden kan forklares ved forskelle i temperatur og hormon-niveauet i kroppen efter arbejde.

22 Tabel 1b: Nye og gamle koncepter vedrørende mælkesyre
Gammelt koncept Nyt Koncept Dannelse af mælkesyre Dannelsen af mælkesyre i muskler forekommer kun når der ikke er tilstrækkelig ilt tilstede. F.eks. under arbejde med høj intensitet eller ved utilstrækkelig blodgennemstrømning. Dannelsen af mælkesyre er ikke afhængig af musklernes iltning. Mælkesyren dannes hele tiden (også i hvilende muskler). Dannelsen af mælkesyre er stigende med stigende arbejdsintensitet. Forbrænding af mælkesyre Forekommer kun i ringe omfang under og efter arbejde, og kun i de hvilende væv. Forekommer i udtalt grad både i arbejdende muskler og øvrige væv. Ca. 75% af den dannede mælkesyre forbrændes under eller efter muskelarbejdet, heraf hovedparten i muskler (inkl. hjertemuskel) Gendannelse af glukose el. glykogen fra mælkesyre Forekommer efter arbejdet i leveren, hvor ca. 80% af den dannede mælkesyre bliver genopbygget til glukose eller glykogen. Forekommer efter (og muligvis under) arbejdet i mange væv inkl. muskler (kun glykogen) og lever, men kun ca. 25% af den dannede laktat anvendes til nydannelse af glukose eller glykogen Mælkesyrens rolle i energi-metabolismen Mælkesyre er et metabolsk blindgyde-produkt eller affaldsprodukt, hvis skæbne det er at blive udskilt fra muskler og genopbygget til glukose el. glykogen i leveren. (Cori´s cyklus) Dannelsen og fordelingen af mælkesyre i kroppen under arbejde er en vigtig mekanisme hvorved der kan udveksles energiholdigt substrat mellem forskellige typer væv med forskellige metabolske behov (The Lactate Shuttle Hypothesis).

23 Lactate shuttle

24 Sammenfatning 1) Mælkesyre har konceptuelt bevæget sig fra at blive opfattet som et affaldsstof, der bevirker træthed, smerte og øget energiforbrug, til at være et vigtigt energiholdigt substrat, som kan bidrage til en bedre energifordeling i kroppen og beskytte muskler mod træthed. 2) Der findes “fysiologisk set” ingen anaerob tærskel, men derimod en glidende overgang, hvor den relative intensitet afgør hvilke metabolske processer, som dominerer. 3) En del af det teoretiske grundlag for fastlæggelsen af træningsintensiteter og træningsformer i grundtræning er baseret på gamle (nu forældede) ideer om mælkesyrens fysiologiske rolle.

25 NMR & force Adductor pollicis in vivo. Changes in muscle metabolites with fatigue

26 EC-kobling

27 K hypothesis

28 PHi/lactate Effect of permeable acids on intracellular pH
and tetanic force in muscles at 11 mM Ko PHi/lactate

29 M-wave/Lactate Effect of lactic acid on tetanic force and M-waves in muscles at 10 mM Ko

30 Protection against K

31 Fatigue vs High K Adductor pollicis in vivo, fresh and after 20s at 50Hz Mouse diaphragm, in vitro in 4mM & 15mM K+

32 Begrænsende faktorer for præstationsevnen
Maksimal ydelse Muskelstørrelse Aktiveringsgrad af muskler Hastighed af energitilførsel Hastighed af ilttilførsel Maksimalt blodflow Etc. Træthed/Udholdenhed Nedsættelse af maksimal ydeevne p.g.a: Mangel på energiholdigt substrat Ophobning af metabolitter Nedbrydning af elektrolytbalancen Etc.