Lihasten väsymistä tutkitaan vilkkaasti

Tuoreessa tutkimuksessa löytyy paljon pohdittavaa lihasvoimasta
Lihasten työskennellessä ne saavat energiansa niistä ravintoaineista, joita päivittäin nautimme. Keskeinen merkitys on mitokondrioissa tapahtuvissa reaktioissa. Glukoosi ja rasva muuntuu mitokondrioissa energiaa tuottavaksi adenosiini trifosfaatiksi (ATP). Tämä korkeaenerginen fosfaattiyhdiste (eli ATP) kulkeutuu sitten mitokondrioista niihin paikkoihin lihaksessa missä sillä hetkellä tarvitaan energiaa. Energia kulkeutuu, vapautuu ja käytetään aika hämmästyttävän hyvällä hyötysuhteella, mutta kuten kaikki tiedämme: Kun tehdään kovia urheilusuorituksia tarpeeksi pitkään väsymys iskee ennen pitkää.

Tiedemiehiä on kiehtonut tieto siitä miten lihas väsyy. Nyt uusi tutkimus tuo lisävalaistusta nimenomaan tähän energiankäyttöön. Huomautettakoon, että lihaksen väsymiseen liittyy monia muitakin fysiologisia ja biokemiallisia tekijöitä. Näyttää ilmeiseltä, että energiaa häviää väsymisestä johtuen sekä mitokondrioiden sisällä tapahtuvassa ATP:n muodostuksessa että ATP:n kulkeutumisessa lihaksen sisällä. Meillä on lisäksi yksilöllisiä eroja miten tehokkaasti ravinto käytetään energiaksi (mitokondrioiden määrä ja tehokkuus) lihaksissa.

Tähän asti tiedemiehet ovat pitäneet suurimpana erona Heikki Hölkkääjän ja vaikkapa Lasse Virenin välillä sitä, miten tehokkaasti nämä mitokondriot harjoituksen avulla saadaan muuntamaan ravintoenergiaa ATP:ksi. Uudessa The Journal of Physiology - tiedelehdessä julkaistussa tutkimuksessa vihjaillaan, että ero mitokondrioiden tehokkuudessa ei yksistään voi selittää eroa huippu-urheilijan ja tavallisen hölkkääjän lihasten suoritustasossa. Päädytään ehdottamaan, että ratkaisevaa lienee myös miten tehokkaasti mitokondrion tuottama ATP hyödynnetään lihaksessa. Itse asiassa tutkimuksessa ei havaittu eroa mitokondrioiden tehokkuuden ja lihastyön välillä ja päädytään rohkeasti esittämään pääasialliseksi väsymyksen aiheuttajaksi kaikkea sitä mitä tapahtuu ATP:n siirtyessä siihen paikkaan missä energiaa tarvitaan. Tässä ei tutkittu lainkaan laktaattitasoja.

Tätä ATP:n hyödyntämistä lihaksessa tutkittiin terveissä vapaaehtoisissa miehissä Odensen yliopistossa Tanskassa ja Karoliinisessa Instituutissa Ruotsissa. Miehet pantiin polkemaan kuntopyörää ja tutkittiin lihastyötä lukuisin eri laboratorioanalyysein. Huomattiin mm., että lihastyön tehokkuus oli kiinni lihassyiden toiminnasta ja niiden sisältämästä UCP3-proteiinista. Mitä enemmän tätä UCP3- proteiinia löytyi lihaksista sitä tehottomampi oli lihas. Ja toisaalta mitä kovempaa harjoitellaan sitä vähemmän tätä UCP3-proteiinia löydetään tyypin I lihassoluista. Tutkijat eivät vielä tässä vaiheessa voi sanoa minkä takia tämä UCP3 aiheuttaa tämän eron tehokkuudessa, mutta tämä ero oli niin selvä, että tulevissa tutkimuksissa selvitetään millä tavalla harjoittelussa voidaan ottaa huomioon tämä asia. Tutkimuksessa oli mukana hyvin harjoitelleita urheilijoita (9 kpl) ja sellaisia jotka eivät harjoitelleet (9 kpl). Harjoittelemattomilla oli 52% enemmän UCP3 proteiinia lihaksissa verrattuna harjoitelleiden ryhmään. Mahdollisesti voidaan kehittää erityinen UCP3-testi, jolla voidaan tietää onko urheilijalla kykyä kehittyä huippu-urheilijaksi.

The main new finding in the present study was that cycling efficiency was inversely correlated to UCP3 protein content but not to mitochondrial efficiency(MEff). In agreement with some previous findings, we found a correlation between cycling efficiency and the proportion of type I fibres. Furthermore, we were unable to find a difference between trained and untrained subjects in cycling efficiency or MEff.

Pieni yritys selostaa mistä tässä on kyse:
Koska ihan jokaisella meistä ei taida olla täyttä selvyyttä juuri näistä mitokondrioiden sisällä (ja ulkopuolella) tapahtuvista biokemiallisista tapahtumista, pistän tähän lyhyen selostuksen siitä mitä tapahtuu mitokondriossa ja mikä on keskeistä juuri tämän tutkimuksen ymmärtämiseksi.
Mitokondriot ovat bakteerin kokoisia ja 0,5-2 µm:n paksuisia sukkuloita, joita on kaikissa tumallisissa (eukaryoottisissa) soluissa, ja ne voivat muodostaa jopa 20 % solun koko tilavuudesta.
Energia-aineenvaihdunta mitokondriossa on suhteellisen monimutkaista. Mitokondriot muuttavat ravintoaineisiin sidotun kemiallisen energian oksidatiivisen (hapellisen) fosforylaation kautta ATP:ksi, joka on mm. lihassolun pääasiallinen energialähde. Sitruunahappokierto on tässä aineenvaihdunnassa keskeisellä sijalla ja se tapahtuu mitokondrion sisällä erityisessä matrixiksi kutsutussa paikassa. Siellä NADH:lta ja FADH2:lta saadut elektronit siirtyvät hengitysketjuun ja edelleen mitokondrion sisäkalvolle missä elektronit siirretään mitokondrion sisällä olevalta proteiinilta toiselle. Näin vapautuva energia käytetään protonien pumppaamiseen ulos matrixista. Protonien sisältämä energia sitoutuu ADP:n korkeaenergisiin fosfaattisidoksiin ja näin syntyy ATP:tä. Tämä ATP siirtyy sitten mitokondriosta ja solusta ulos sinne missä sillä hetkellä tarvitaan energiaa. Mitokondriossa tapahtuvia reaktioketjuja ovat myös pyruvaatin (palorypälehapon) ja rasvahappojen hapetus ( beetaoksidaatio). Energian tuotannon väheneminen mitokondriossa aiheuttaa lihasväsymystä.
Uncoupling protein isotypes (UCP), jotka mainitaan keskeisessä roolissa tässä tutkimuksessa, ovat vilkkaan tutkimuksen kohteena kun on kyse lihaksen väsymisestä. Erityisesti UCP3 on keskeinen luurankolihaksessa. Tämä UCP ei ole mikään uusi asia sillä ne havaittiin jo vuonna 1985 ja näitä löytyy rasvakudoksesta (esim. UCP1) ja aivokudoksessa (UCP4). Tutkimuksessa esillä ollut UCP3 havaittiin vuonna 1997. Nimensä mukaisesti nämä proteiinit on irtikytketty (uncoupling) ATP-synteesistä. Mitonkondrion sisäkalvoon sitoutunut UCP3 sallii protonien vuotamisen alas elektrokemiallisen gradientin suuntaan ja solu pystyy näin hapettamaan nopeasti rasvavarastonsa. UCP3 voi mahdollisesti estää happiradikaalien syntyä ja vähentää rasvahappojen kerääntymistä matrixiin. Paljon on vielä epäselvää UCP3:n roolista.

Lähde: J Physiol 571 (3): 669-681, 2006