Mekanismer för ändrad muskelfunktion vid uttröttning och träning

Bakgrund och syfte med projektet

Muskeltrötthet är en begränsande faktor vid utövandet av en mängd idrotter, vare sig detta sker på elit- eller motionsnivå. Vi har under ett antal år studerat hur muskelfunktionen förändras i samband med uttröttning samt cellulära mekanismer bakom dessa förändringar. Våra studier baseras traditionellt på djurförsök där vi i enskilda muskelceller kan detaljstudera de olika stegen från aktivering av ytmembranen till kraftproduktion hos de kontraktila delarna. Dessa cellstudier kombineras nu med humanstudier som baseras på kunskap som erhållits i försök på isolerade muskelfibrer. Vi fokuserar på följande frågeställningar:

  • Kan förändrad funktion hos det sarkoplasmatiska retiklets Ca2+-kanaler (RyR-proteinkomplexet) påverka mitokondriehalten och uttröttningsförloppet i muskelceller? Påverkas dessa kanaler av uthållighetsträning? Hypotesen är att begränsat läckage av Ca2+ i RyR ger en ökad koncentration av Ca2+ i cytoplasman och detta stimulerar till mitokondrienybildning. Ett kraftigt läckage leder däremot till försämrad muskelfunktion och kan vara en mekanism bakom överträning.
  • Är en extra elektrisk stimuleringspuls (”superimposed twitch”) en relevant metod för att mäta graden av central aktivering/trötthet?

Populärvetenskaplig sammanfattning av projektresultaten

Muskeltrötthet är en begränsande faktor vid utövandet av en mängd idrotter, vare sig detta sker på elit- eller motionsnivå. Vi har under ett antal år studerat hur muskelfunktionen förändras i samband med uttröttning samt cellulära mekanismer bakom dessa förändringar. Våra studier baseras traditionellt på djurförsök där vi i enskilda muskelceller kan detaljstudera de olika stegen från aktivering av ytmembranen till kraftproduktion hos de kontraktila delarna. Dessa cellstudier kombineras nu med humanstudier som baseras på kunskap som erhållits i försök på isolerade muskelfibrer. Vi fokuserar på följande frågeställningar:

  • Kan förändrad funktion hos det sarkoplasmatiska retiklets (SR:s) Ca2+-kanaler (RyR-proteinkomplexet) påverka mitokondriehalten och uttröttningsförloppet i muskelceller? Påverkas dessa kanaler av uthållighetsträning? Hypotesen är att begränsat läckage av Ca2+ i RyR ger en ökad koncentration av Ca2+ i cytoplasman och detta stimulerar till mitokondrienybildning. Ett kraftigt läckage leder däremot till försämrad muskelfunktion och kan vara en mekanism bakom överträning. Resultaten från inledande studier stämmer med vår hypotes. I dessa studier använde vi muskler från köldexponerade möss använts som modell för uthållighetsträning/överträning. Vi undersökte celler från tåmuskler (flexor digitorum brevis, FDB) som inte deltar i huttring utan bara utsätts för stressen i samband med kyla. FDB-fibrer från köldexponerade möss uppvisar relativt små förändringar i SR:s Ca2+-kanaler (RyR-komplexet) och ökat [Ca2+]i i vila och under kontration. I jämförelse med kontrollfibrer så uppvisar fibrer från köldexponerade möss: ökat uttryck av PGC-1a och Tfam, vilka är relaterade till mitokondrienybildning; ökad citratsyntaskativitet, vilket reflekterar ökad mitokondriehalt; ingen aktivering av AMP-kinas, dvs ingen pågående ”metabol” stress; ingen förändring av fibertyp; markant ökad uthållighet under uttröttning med upprepade tetaniska kontraktioner. Detta innebär att fibrer från köldexponerade möss uppvisar förändringar som man ser med uthållighetsträning trots att musklerna inte tränats. Vi har också studerat muskelceller från soleusmuskeln som deltar i huttring vid kyla. I dessa ser vi stora förändringar i RyR-komplexet och en markant försämring av den intracellulära Ca2+-hanteringen. Detta leder till muskelsvaghet och en bild som ses vid överträning. Förändringar i RyR-komplexet kan alltså kopplas både till positiva effekter vid träning och negativa förändringar vid överträning.
  • Central trötthet (dvs problemen sitter i nervsystemet) är en ofta föreslagen orsak till nedsatt prestationsförmåga under fysiskt arbete. Delstudie B är en humanstudie där vi undersöker “superimposed twitch”, en ofta använd metod för att skilja mellan central och perifer (muskelcellerna) trötthet. Quadricepsmuskeln hos försökspersoner stimulerades med elektriska pulser och resultaten visar att ”central trötthet” kan orsakas av förändringar i muskelcellerna, dvs av faktorer som är helt och hållet perifera. Våra resultat visar alltså att central trötthet sannolikt överskattas med denna metod.

Läs mer

Projektansvarig:
Håkan Westerblad

Bakgrund och syfte med projektet

Muskeltrötthet är en begränsande faktor vid utövandet av en mängd idrotter, vare sig detta sker på elit- eller motionsnivå. Vi har under ett antal år studerat hur muskelfunktionen förändras i samband med uttröttning samt cellulära mekanismer bakom dessa förändringar. Våra studier baseras traditionellt på djurförsök där vi i enskilda muskelceller kan detaljstudera de olika stegen från aktivering av ytmembranen till kraftproduktion hos de kontraktila delarna. Dessa cellstudier kombineras nu med humanstudier som baseras på kunskap som erhållits i försök på isolerade muskelfibrer. Vi fokuserar på följande frågeställningar:

  • Kan förändrad funktion hos det sarkoplasmatiska retiklets Ca2+-kanaler (RyR-proteinkomplexet) påverka mitokondriehalten och uttröttningsförloppet i muskelceller? Påverkas dessa kanaler av uthållighetsträning? Hypotesen är att begränsat läckage av Ca2+ i RyR ger en ökad koncentration av Ca2+ i cytoplasman och detta stimulerar till mitokondrienybildning. Ett kraftigt läckage leder däremot till försämrad muskelfunktion och kan vara en mekanism bakom överträning.
  • Är en extra elektrisk stimuleringspuls (”superimposed twitch”) en relevant metod för att mäta graden av central aktivering/trötthet?

Populärvetenskaplig sammanfattning av projektresultaten

Muskeltrötthet är en begränsande faktor vid utövandet av en mängd idrotter, vare sig detta sker på elit- eller motionsnivå. Vi har under ett antal år studerat hur muskelfunktionen förändras i samband med uttröttning samt cellulära mekanismer bakom dessa förändringar. Våra studier baseras traditionellt på djurförsök där vi i enskilda muskelceller kan detaljstudera de olika stegen från aktivering av ytmembranen till kraftproduktion hos de kontraktila delarna. Dessa cellstudier kombineras nu med humanstudier som baseras på kunskap som erhållits i försök på isolerade muskelfibrer. Vi fokuserar på följande frågeställningar:

  • Kan förändrad funktion hos det sarkoplasmatiska retiklets (SR:s) Ca2+-kanaler (RyR-proteinkomplexet) påverka mitokondriehalten och uttröttningsförloppet i muskelceller? Påverkas dessa kanaler av uthållighetsträning? Hypotesen är att begränsat läckage av Ca2+ i RyR ger en ökad koncentration av Ca2+ i cytoplasman och detta stimulerar till mitokondrienybildning. Ett kraftigt läckage leder däremot till försämrad muskelfunktion och kan vara en mekanism bakom överträning. Resultaten från inledande studier stämmer med vår hypotes. I dessa studier använde vi muskler från köldexponerade möss använts som modell för uthållighetsträning/överträning. Vi undersökte celler från tåmuskler (flexor digitorum brevis, FDB) som inte deltar i huttring utan bara utsätts för stressen i samband med kyla. FDB-fibrer från köldexponerade möss uppvisar relativt små förändringar i SR:s Ca2+-kanaler (RyR-komplexet) och ökat [Ca2+]i i vila och under kontration. I jämförelse med kontrollfibrer så uppvisar fibrer från köldexponerade möss: ökat uttryck av PGC-1a och Tfam, vilka är relaterade till mitokondrienybildning; ökad citratsyntaskativitet, vilket reflekterar ökad mitokondriehalt; ingen aktivering av AMP-kinas, dvs ingen pågående ”metabol” stress; ingen förändring av fibertyp; markant ökad uthållighet under uttröttning med upprepade tetaniska kontraktioner. Detta innebär att fibrer från köldexponerade möss uppvisar förändringar som man ser med uthållighetsträning trots att musklerna inte tränats. Vi har också studerat muskelceller från soleusmuskeln som deltar i huttring vid kyla. I dessa ser vi stora förändringar i RyR-komplexet och en markant försämring av den intracellulära Ca2+-hanteringen. Detta leder till muskelsvaghet och en bild som ses vid överträning. Förändringar i RyR-komplexet kan alltså kopplas både till positiva effekter vid träning och negativa förändringar vid överträning.
  • Central trötthet (dvs problemen sitter i nervsystemet) är en ofta föreslagen orsak till nedsatt prestationsförmåga under fysiskt arbete. Delstudie B är en humanstudie där vi undersöker “superimposed twitch”, en ofta använd metod för att skilja mellan central och perifer (muskelcellerna) trötthet. Quadricepsmuskeln hos försökspersoner stimulerades med elektriska pulser och resultaten visar att ”central trötthet” kan orsakas av förändringar i muskelcellerna, dvs av faktorer som är helt och hållet perifera. Våra resultat visar alltså att central trötthet sannolikt överskattas med denna metod.
Projektnummer:
P2010-0026
Lärosäte:
Karolinska institutet
År:
2010
Nyckelord:

Feedback

All form av feedback är välkommen.

Var innehållet i artikeln det du sökte efter?
Skriv en kommentar
Ditt meddelande är skickat!