Hjärnfysikbloggen – Om löpning och naturkunskap

De senaste åren har kunskaperna om våra inneboende bakterier – människans mikrobiom – ökat. Bakterierna inom oss sätts i samband med hälsa, vikt, kognitiv förmåga och immunförsvar. Bakterierna är en stor del av oss. Man vet inte riktigt hur många det finns, men det finns fler bakteriella celler än det finns mänskliga celler. Men kan vårt mikrobiom påverka våra prestationer? Ja, enligt en ny studie tycks elitidrottare innehålla andra bakterier än du och jag. Forskarna tror att bakterier kan förklara en del av deras extrema prestationer och kanske kan du och jag ”dopa” oss med dessa i framtiden.

“When we first started thinking about this, I was asked whether we could use genomics to predict the next Michael Jordan,” säger Jonathan Scheiman från Harvard Medical School i ett pressmeddelande. “But my response was that a better question is: Can you extract Jordan’s biology and give it to others to help make the next Michael Jordan?”  

För att identifiera de ”atletiska” bakterierna, samlade forskarna först in prov från 20 elitlöpare (och 20 från en kontrollgrupp) som deltog i Boston Marathon 2015. Proven togs en vecka före och en vecka efter loppet, dvs mellan prestation och återhämtning. När forskarna jämförde proven, fann de en ökning efter loppet av en viss typ av bakterier som bryter ner metaboliter som kan sättas i samband med trötthet.

I nästa steg jämförde forskarna bakterier från ultralöpare och OS-roddare. De hittade en typ av bakterier i ultralöpare som bryter ner kolhydrater och fibrer som inte fanns hos roddarna, vilket tyder på att olika sporter främja olika arter av bakterier. Vi påverkar alltså vårt mikrobiom med vårt beteende och mikrobiomet påverkar oss. Vi är ett komplext, sammanflätat ekosystem av levande celler, varav några är mänskliga och några är bakteriella.

Brist på bakterier ger diabetes
Vi påverkar dessutom bakterierna på ett sätt som försämrar vår hälsa. I ytterligare en studie analyserades data från 945 puertoricaner. Hälften av dess använde antibakterialla munvatten. Det visade sig att de som använde munvatten hade 50 procent (!) ökad risk för att utveckla prediabetes eller diabetes jämfört med de som inte använde munvatten.

”Most over-the-counter mouthwashes contain antibacterial ingredients,” förklarar doktor Kaumudi Joshipura, en epidemiolog vid University of Puerto Rico och Harvard University, som ledde studien ”which could destroy or inhibit oral microbes, some of which may be beneficial for metabolic health.”

För exakt sju år sedan (åren går…) skrev jag om hur munvatten dödade bakterier i munhålan som bröt ner nitrater från rödbetsjuice till nitrit. Nitrit reduceras sedan till kväveoxid som har flera fördelaktiga effekter i kroppen. Utan bakterier bryts denna kedjereaktion och nyttan av rödbetsjuice rinner genom kroppen.

Den nya studien är den första som dessutom visar på kroniska hälsoeffekter i en livs levande befolkning. Eftersom kväveoxid påverkar hur musklerna använder glukos, tror Joshipura att det är munvattnets dödande av bakterier som omvandlar nitrat till nitrit som ökar risken för diabetes.

Bakterier, växter och djur är inte onda eller goda. De ingår i ett ekologiskt sammanhang med lite olika roller. Vi har omkring 700 arter av bakterier i våra munnar. Många av dessa kan bli skadliga om de ökar kraftigt i antal och det kan ske om man tar bort vissa arter och låter andra dominera. Ett bra mikrobiom är ett ekosystem i balans. Mikrobiom mår bra av grönsaker, motion och sömn. Det gör du med, för du och ditt mikrobiom är två sidor av samma ekosystem.

Ditt hjärta blir stressat när du springer. Det är bra för hjärtat. Ditt hjärta anpassar sig och blir starkare. Ditt hjärta kan också bli stressat av högt blodtryck. Det är dåligt för hjärtat. Det gör hjärtat svagare. Varför är det så? Hur kan stress – som vi gärna buntar ihop till ett begrepp – påverka hjärtat på så olika sätt? Några tyska forskare bestämde sig för att reda på det och publicerade nyligen resultatet i en studie.

Forskarna undersökte en nyupptäckt signalväg (en kedja av metaboliska processer) i hjärtat. Signalvägen startar med en epigenetisk omkopplare som kallas HDAC4 (Epigenitik handlar om hur miljön påverkar aktivering av olika gener). I ett friskt hjärta fanns det bitar av HDAC4 i slutet av signalvägen efter träning, men det fanns inga sådana fragment hos kroniskt stressade möss. Denna signalväg kunde alltså skruva upp eller skruva ner ett mushjärta beroende på på vilken typ av stress som musen utsattes för.

Tillfälligt hjärtsvikt
Forskarna använde sedan genetiskt modifierade möss som inte kunde skapa något HDAC4-fragment. Det visade sig då att träningen inte längre hade någon hälsosam effekt på mössen. Istället utvecklade de tillfälligt hjärtsvikt och försämrad prestanda. Mössens hjärtan återhämtade sig dock efteråt.

”We found temporary cardiac fatigue,”, säger professor Johannes Backs på Heidelbergs universitetssjukhus i ett pressmeddelande. Detta syndrom finns hos människor också, men eftersom det går tillbaka av sig självt kan det bara upptäckas om hjärtat undersöks under eller strax efter träning.

Allt hänger på återhämtningen
HDAC4-fragmentet skyddar alltså hjärtat från tillfällig fysiologisk stress. Men varför inte också från stress som orsakas av högt blodtryck eller andra typer av kronisk stress? ”The breaks make all the difference”, säger Backs. Under träning finns det ofta viloperioder för hjärtat. Enzymet proteinkinas A återhämtar sig under dessa perioder och säkerställer den friska signalvägen via aktiveringen av HDAC4-fragmentet.

Under kronisk stress som orsakas av svårt högt blodtryck följer signalerna i hjärtcellerna däremot den nyupptäckta, skadliga signalvägen. Proteinkinas A: s aktivitet sjunker under kronisk stress och HDAC4-fragmentet upplöses. Hjärtmusklerna använder sedan mer socker än fett för att producera energi. Det är emellertid inte sockret i sig som försvagar hjärtat, utan snarare på att klibbiga sockerrester fastnar i proteiner. Det påverkar i sin tur omsättningen av kalcium som är så viktig för hjärtats kontraktionsförmåga, vilket försvagar hjärtats pumpkraft.

”These findings are novel and change the way we think about how a myocardial cell can fail. We were able to demonstrate that there is a link from epigenetics via the metabolism through to contractility, i.e., through to cardiac function,” säger Backs.

Evolutionär förklaring
Upptäckten verkar vettigt från ett evolutionärt perspektiv. Våra förfäder sprang i många timmar för att hitta mat och ta hem mat. Den nyupptäckta signalvägen skyddade hjärtat från denna stress. Studien förklarar också varför löpare, som inte avsätter tid för vila och återhämtning, kan skada hjärtat.

Löpning är inte farligt. Det är brist på vila som är farligt. Den uppsättning symptom som kallas överträning är en varningsklocka också för hjärtat. ”We all intuitively know that breaks are important. Perhaps we have now found the molecular causes for this”, avslutar Backs.

Tidigare blogginlägg om löpningens påstådda farlighet: Nej löpning är inte farligt för hjärtat

För drygt fem år sedan gjorde jag min sista sit-up efter att jag läst en studie om att situps förstörde ryggraden. Jag tränar de djupa och ytliga kärnmusklerna med corepass istället. En löpare måste vara stabil och då krävs det starka muskler långt in som håller fast ryggraden. De jobbigaste är plankövningar. Om något är jobbigt brukar det vara bra, och en ny studie bekräftar att plankor är bättre än situps.

Killen med stor näsa liknar mig mest av de två.

I den nya studien, som kommer från Ohio State University och är publicerad i Journal of Biomechanics, visar forskarna att löpare med svaga, djupa kärnmuskler löper hög risk att få problem med ryggen. Forskare använde avancerade tekniker på för att mäta muskelrörelser under olika aktiviteter. Det visade sig vara mycket vanligt med svaga kärnmuskler.

Djupa kärnmuskler.

”We measured the dimensions of runners’ bodies and how they moved to create a computer model that’s specific to that person. That allows us to examine how every bone moves and how much pressure is put on each joint,” säger studiens huvudförfattare Ajit Chaudhari i ett pressmeddelande.

Ytliga kärnmuskler.

Forskarna fann att om de djupa kärnmusklerna var svaga tvingades ytliga muskler som magmusklerna att arbeta hårdare. När de ytliga musklerna gör de djupa musklernas jobb medan du springer kan det leda till ryggproblem.

”When your deep core is weak, your body is able to compensate in a way that allows you to essentially run the same way. But that increases the load on your spine in a way that may lead to low back pain.” , säger Chaudhari.

Det är vanligt att löpare försummar de djupa kärnmusklerna, och det finns mycket felaktig information på internet och diverse forum. Traditionella magövningar med många repetitioner, till exempel sit-ups eller rygglyft, kommer inte att ge dig de starka kärnmuskler som krävs för att bli en bättre löpare.

Forskarna rekommenderar istället plankövningar på instabila ytor. Den typen av övningar stabiliserar kärnmusklerna. Det är viktigt för löpare.

Plankan. Någon som minns?

”Working on a six-pack and trying to become a better runner is definitely not the same thing. If you look at great runners, they don’t typically have a six-pack but their muscles are very fit. Static exercises that force you to fire your core and hold your body in place are what’s really going to make you a better runner.”

Jag vet inte riktigt hur jag ser ut när jag springer, men jag ser ofta andra löpare som tycks sakna stabilitet. En del roterar lite väl mycket, andra roterar för lite. Det finns de som lutar framåt med överkroppen eller håller armarna långt ifrån kroppen när de springer.

Jag tror många skulle bli bättre löpare om de gjorde plankövningar, som sagt gärna på ett rörligt underlag. Börja försiktigt bara, kanske i 10 sekunder. När du klarar att stå 3×1 minut är du riktigt stark.

Video om studien för de som inte vill läsa:)

Varför är norska skidåkare så överlägsna? Svenskar och norrmän har ungefär samma genuppsättning, så det kan inte vara genetiskt. Det måste alltså bero på miljön, vilket i skidåkarnas fall till största delen utgörs av hur de tränar. Hur tränar de bästa norrmännen? Hur tränar t. ex. Marit Björgen?

Marit Björgen OS 2010. Bild wikipedia, foto: Bjarte Hetland. 

Tack vare en ny studie, som publicerades i decembernumret av Frontiers in Physiology, av norska forskaren Oyvind Sandbakk med kollegor vet vi det. De avslöjar hennes träning i detalj.

Studien undersökte träningsrutinerna under Marit Björgens mest framgångsrika femårsperiod. Efter 12 år av ökad träning från 20-års ålder nådde hon en årlig träningsvolymen under de följande fem framgångsrika åren på 940 timmar. Dessa timmar fördelades på 91 procent uthållighet, 8 procent styrka och 1 procent tempo.

Uthållighetsträningen bestod av 92 procent lågintensiv- (LIT), 3 procent medelintensiv- (MIT) och 5 procent högintensiv träning (HIT). Hon minskade LIT och ökade HIT från försäsong till tävlingssäsong. Omkring en fjärdedel av tiden tränade hon på hög höjd och då övervägande LIT-träning. Inför mästerskap ökade hon LIT under två veckor och minskade sedan total träningsvolym med ökad HIT sista veckan.

Den övergripande utvecklingen under perioden innebar främst en ökning av LIT från 430 timmar som 20-åring till 800 timmar LIT som 35-åring, medan summan av MIT och HIT låg stabil kring 60 timmar under samma period.

Björgen var en vinnare redan vid 23 års ålder. Hennes träningsvolym låg då kring 700 timmar. Men före 25 var hon inte särskilt stabil på längre sträckor. Efter 30 var hon stabil och bra på både korta och långa sträckor. Det visar på vikten av en hög träningsvolym med mycket LIT-träning och på en långsiktig progressiv ökning av träningsbelastningen för att nå toppskiktet.

Träningsfilosofi
Under de 12 första åren med gradvis ökad träningsbelastning inträffade två stora förändringar i hennes träningsfilosofi. Den första förändringen, i ett tidigt skede av hennes seniorkarriär, omfattade block av HIT-träning typ ”norska intervaller”. Det ledde till snabba prestationsförbättringar, men utvecklingen stagnerade efter några år. Nästa stora prestationsförbättring sammanföll med att hon polariserade träningen med en minskning av HIT+MIT och en ökning av LIT.

Det kan inte nog understrykas att den framgångsrika femårsperioden inträffade direkt efter att hon börjat med polariserad träning. Redan under det första året förbättrades både fysiologiska värden och prestanda och de låg sedan kvar på en stabil hög nivå.

Den polariserade träningen såg ut så här: 92% LIT, 3% MIT och 5% HIT. Antalet träningstillfällen i varje zon fördelades på 360 LIT, 33 MIT och 80 HIT. Volymen HIT och MIT liknar andra skidåkare, men mängden LIT är ovanligt hög.

Björgens träning fördelad HIT, LIT, MIT, styrka och tempo. Från studie dec 2017.

Efter ungefär halva tiden av femårsperioden ökade Björgen mängden styrketräning, medan volymen uthållighetsträning var relativt stabil. Hon ökade alltså den totala mängden träning. Jämfört med andra kvinnliga skidåkare kombinerar hon en hög aerob kapacitet med stor muskelmassa, särskilt i överkroppen där skillnaden mellan män och kvinnor brukar vara störst.

Under den 17-åriga perioden var 60 procent av träningen skidspecifik (skidåkning på snö eller rullskidor) medan resten huvudsakligen bestod av löpning. Denna växling mellan överkropp och ben är unik för skidåkning jämfört med andra uthållighetssporter. Skidåkare kan därför tåla hög träningsbelastning under försäsongen. Under tävlingssäsongen minskar volymen och blir med skidspecifik. Björgen periodiserade träningen på mikronivå även under tävlingssäsongen, t ex genom att utföra tung styrketräning på morgonen följt av löpning på eftermiddagen.

Träningskurvan är vänd upp och ner i ett polariserat träningsmönster. Minimal träning på mjölksyretröskeln och istället fokus på att köra mycket lugnt(minst 80%) och mycket hårt(max 20%). Källa Stephen Seiler.

Hon använde sig även av terrängen för att variera träningen, t.ex. genom att kombinera uppförsbackar där benen används, med träning som i första hand belastade överkroppen som stakträning samma dag. Det är sannolikt en viktig faktor som bidrar till kombinationen av hög uthållighetskapacitet och en relativt stor muskelmassa.

Hennes genomsnittliga VO2max låg kring 68 under hennes fem mest framgångsrika år. Kroppsmassan var mycket stabil under hela perioden, och mätningar av kroppssammansättning under de fem framgångsrika åren visade att både fetthalt och benmineraldensitet låg inom hälsosamma värden. Det är troligtvis en viktig orsak till hennes långa karriär med höga träningsvolymer.

Forskarnas slutsats är att en progressiv ökning av träningsbelastningen fram till 30 års ålder tycks vara nödvändig för att optimera den fulla potentialen för en skidåkare. De antar att detta gjorde det möjligt för Björgen att tolerera och svara positivt på de höga träningsvolymerna under den 5-åriga analysperioden, där hon använde ett polariserat träningsmönster med en stor mängd lågintensiv träning.

Snöstorm
Idag är det snöstorm ute. Jag har tillbringat dygnets ljusa timmar med att skotta fram stugorna på näset. Det räknas nog som en kombination av styrke- och konditionsträning. Det får bli skidor en annan dag. I morgon börjar jag jobba igen och det här året blir mycket annorlunda jämfört med andra år. Det ska bli spännande.

Jag skrev om sittsjukan första gången 2011. Det handlade om studier som visade att sittande var ohälsosamt och de negativa effekterna fanns oavsett om du tränar eller inte. Nu har det kommit två studier som ger nya perspektiv på sittsjukan.

Hjärtsvikt och sittande
Sitter du 9 timmar per dag ökar risken för diabetes, hjärtsjukdom och andra problem. Den risken påverkas bara marginellt av hur mycket du tränar. Sittande är också kopplat till hjärtsvikt, ett tillstånd där hjärtat inte orkar pumpa tillräckligt med blod ut i kroppens vävnader. Men hur kan sittande, som ju inte borde vara särskilt krävande för hjärtat, leda till hjärtsvikt?

Sittsjukan.

I veckan publicerades en studie som visar att det finns en koppling mellan sittande, hjärtsvikt och ett protein som heter troponin. En hjärtinfarkt vet man skickar ut svallvågor av troponiner, men även små förändringar i nivåerna tyder på skador i hjärtmuskeln, vilket kan leda till hjärtsvikt.

Forskarna gav 1700 män och kvinnor aktivitetsband för att testa om det finns något samband mellan sittande och troponiner. Det visade sig att fysisk aktivitet var kopplat till normala nivåer av troponin. Ju mer motion desto mindre troponin. De som satt i 10 timmar eller mer tenderade dock att ha mycket troponin. Dessa nivåer var långt under de som uppstår vid en hjärtinfarkt, men tillräckligt höga för att indikera hjärtskada. Detta samband fanns kvar även efter att forskarna rensat bort faktorer som ålder, kön, BMI och hjärtfunktion.

Studien visar dock endast att sittande är kopplat till höga nivåer av troponin. Den säger inget om orsaken eller hur sittande kan skada hjärtceller. Forskarna gissat att det rör sig om indirekta effekter. Sittande är en markör för ett beteende som är förknippat med fetma, insulinresistens och fettavsättning i hjärtat, som i sin tur ger skador på hjärtceller.

Gå ner i vikt med en ryggsäck
Förra veckan kom ytterligare en studie som ger en helt ny – och mycket spännande – förklaring till sittsjukan. Forskare vid Sahlgrenska akademin har upptäckt ett nytt system som reglerar mängden fettmassa i form av en inneboende, kroppsegen badrumsvåg.

Sherpas bär 100 kg utan problem uppför bergen. Jag undrar hur deras inre våg ser ut?

Denna våg funderar så att kroppens vikt registreras i benen, vilket genererar en signal till hjärnan om hur mycket du ska äta för att hålla din jämvikt. I studien användes överviktiga möss som forskarna satte fast vikter på. Det visade sig då att mössen gick ned i vikt motsvarande den vikt de bar på. Detta gjorde att mössen både minskade sin fettmassa och förbättrade sina blodsockernivåer.

Betyder det att du kan gå ner 10 kg genom att bära en ryggsäck på 10 kg? Kanske det. Forskarna tror i alla fall att det omvända gäller. ”När man sitter ned tror vi att den kroppsegna badrumsvågen ger ett för lågt utslag för kroppsvikten. Detta leder till att man äter mer och går upp i vikt”, säger Claes Ohlsson, professor vid Sahlgrenska akademin, i ett pressmeddelande.

Denna regleringsmekanism är den första återkopplingssignalen för att reglera fetmassa som upptäckts sedan 1994, då amerikanska forskare upptäckte att fettmassa signalerar genom proteinet leptin när mängden fett minskar, vilket ökar hungern. Sedan dess har forskningen varit mycket fokuserad på hormoner som leptin och ghrelin.

”Den mekanism som vi nu identifierat reglerar kroppsvikten oberoende av leptin och det är möjligt att en kombinerad behandling med leptin och aktivering av kroppsvågen kan bli en effektiv behandling mot fetma, säger Claes Ohlsson.

Stå upp 2018
Det finns flera anledningar att minska på sittandet. Dessutom kan du inte träna när du sitter. Ju mer sittande, desto mindre tid för motion. Både motion och minskat sittande är viktigt för hälsan. Nu efter nyår kanske du ska fundera på hur mycket du sitter egentligen. Om du jobbar på kontor 8 timmar om dagen i 220 dagar, ger det 1760 timmar sittande på ett år. Du kan använda 500 timmar av dessa till att stå upp och jobba, till att ta trapporna, till att parkera en bit från jobbet och för att hämta kaffe i automaten längst bort. Resten av tiden kan du ägna åt promenader eller löpning. Då blir 2018 ett bättre år för ditt hjärta.

Stå upp, men stå inte hela tiden som indierna i sekten Standing baba. De står året om, t o m när de sover. En del står på ett ben och mannen på bilden håller dessutom upp en arm. Det svarta längst ut är naglar som vuxit in i varandra och armen ser ut som en död gren. Use it or lose it. Stå upp, men se till att röra på dig också.