Dine muskler er afhængige af kulhydrater

Energi er energi, uanset kilden. Eller hvad?

Det er faktisk ikke tilfældet – i hvert fald, når det kommer til vores muskler.

Pumperne, der sørger for, at vores muskler kan blive ved med at modtage nervesignaler, kan nemlig bedst lide sukker.

Det er konklusionen på vores seneste studie på Syddansk Universitets Institut for Idræt og Biomekanik, hvor vi har undersøgt, om det betyder noget, hvor vores muskler får deres energi fra.

En muskel kan få energi på flere måder. Den kan nedbryde kulhydrat, altså sukker, eller andre næringsstoffer, som vi har spist, og dermed producere det såkaldte ATP. Men i laboratoriet kan vi tilføre ATP direkte til musklen – altså uden at sukkernedbrydningen er involveret.

Dette gjorde vi i vores studie, og det viste sig, at dette frit tilgængelige ATP ikke kan forsyne alle processer i musklen lige så godt, som når kulhydrat nedbrydes.

Konsekvensen er, at vores muskler producerer lavere kraft og udmattes hurtigere, hvis ikke der er kulhydrat tilgængeligt, selvom vi havde sørget for, at musklen som helhed ikke manglede energi.

Det sker, når vores muskler producerer kraft

Når vores muskler skal producere kraft, sker der en lang række processer.

Først modtager muskelcellen en elektrisk strøm fra et nervesignal, og den strøm skal fordeles over cellens overflade, og via små korridorer spredes den dybt ind i cellen.

Dette foregår ved, at noget positivt ladet natrium og kalium bytter plads hen over membranen. Dette signal omdannes herefter til en lille kraftudvikling, hvor musklen spændes.

Skal der bruges mere kraft (som ved tunge løft i træningscentret), eller skal musklen spændes flere gange (som på en løbetur), skal hele processen gentages.

Muskelpumper har brug for kulhydrat

En konsekvens bliver, at meget natrium og kalium bytter plads – og hvis det sker, så stopper vores muskler med at kunne modtage og videreføre nervesignaler, da der til sidst ikke kan strømme mere natrium ind i musklen.

Dermed bliver vi trætte og må stoppe vores aktivitet.

Heldigvis har vores muskler nogle pumper, som kan pumpe natrium og kalium tilbage igen hen over musklens membran. Dette kræver ATP som energi, og hvis natrium-kalium-pumperne mangler det, kan de ikke pumpe hurtigt nok.

Det er derfor afgørende for vores muskler, at de kan danne nyt ATP, og til det bruger de i høj grad kulhydrat.

Kulhydratet i dine muskler er strategisk placeret

Vi kan se på billeder taget med kraftige mikroskoper, at kulhydrat bliver opbevaret forskellige steder i musklerne i stedet for bare at være spredt ud over det hele musklen.

Vi tror, at der er en grund til dette og prøver derfor at forstå, hvilken funktion de enkelte lagre har.

Fælles for lagrene er, at de ligger tæt op ad de steder, hvor tre velkendte energikrævende processer i musklens kraftudvikling foregår. Der er for eksempel også et af lagrene, som ligger tæt på natrium-kalium-pumperne.

Vi satte os derfor for at undersøge, om kulhydrat er særligt vigtigt for disse pumper og for muskelfiberen som helhed.

Som at fjerne ydervæggene på et hus

Vi bruger en teknik, hvor vi fjerner den yderste membran på en enkelt muskelcelle – i vores forsøg brugte vi celler fra rottemuskler – med to pincetter.

Alle de proteiner, strukturer og andre stoffer, som skal bruges for at omsætte et nervesignal til kraft, er bundet fast i cellen og bliver derfor ikke skyllet væk, når ydersiden fjernes. Derfor fungerer muskelcellen stadig.

Man kan forestille sig, at vi fjerner ydervæggene på et hus, mens indervæggene og møblerne stadig står, hvor de plejer.

Ligesom det ville give en kraftig udluftning i et hus, så giver det også os mulighed for at styre, hvilket miljø der skal være i muskelcellen.

Vi kan derfor komme den i en væske magen til den, der normalt er i en muskelcelle, men ændre enkelte dele en ad gangen.

For eksempel kan vi sørge for, at der er masser af energi tilstede, sådan at når muskelcellen begynder at lave kraft og dermed bruger energi, så løber den ikke tør.

Når vi giver den et elektrisk signal, vil den derfor reagere præcist som normalt – altså bytte om på natrium og kalium i de små dybdegående korridorer for derefter at omdanne dette signal til kraft.

Hvis vi gør dette, samtidig med at vi blokerer for nedbrydningen af kulhydrat, så viser det sig, at kraften bliver lavere, når vi sender flere elektriske signaler hurtigt efter hinanden.

Det vil sige, at selvom der er en masse energi til stede i muskelcellen, så skal den stadig bruge noget af den energi, den kan få ved at nedbryde kulhydrat.

Det undrede os, og derfor ville vi gerne kigge nærmere på natrium-kalium-pumperne.

Energi fra kulhydrat er uerstattelig

Når muskelcellen har modtaget et elektrisk signal, så går der et stykke tid, før den er klar til at modtage det næste signal. Hvor lang tid det tager afhænger af, hvor godt natrium-kalium-pumperne fungerer.

Hvis cellen ikke er klar, så viderefører den ikke det næste signal, og signalet vil i stedet forsvinde. Det betyder, at hvis vi sender to elektriske signaler hurtigt efter hinanden, så vil muskelcellen levere højere kraft, hvis den når at blive klar til at modtage det andet signal.

Ved at måle hvor kort tid efter hinanden vi kan sende to signaler og få højere kraft, kan vi derfor måle, hvor godt natrium-kalium-pumperne fungerer.

Vores eksperiment viste, at pumperne skal arbejde meget hurtigt for hele tiden at holde muskelcellen klar til at modtage signaler. Hvis de skal kunne det, så er de afhængige af kulhydrat.

Uden kulhydrat går der længere tid, før cellen er klar til at modtage et nyt nervesignal, og dette vil komme til udtryk som tidligere træthed.

Sukkeret skal være lagret på forhånd

Da musklerne også kan få kulhydrat fra blodet i form af blodsukker, undersøgte vi bagefter, om blodsukker kan erstatte det lagrede sukker i musklen.

Ved at måle på kraften i hele muskler fra rotter lagt i en væske, der ligner den sukkerholdige væske, der omgiver musklerne normalt, og dermed indeholder sukker, kunne vi undersøge, om det gør nogen forskel at blokere for nedbrydningen af det lagrede sukker uden at blokere for nedbrydningen af sukker i væsken.

Her så vi tydeligt, at musklerne blev trætte hurtigere, når vi aktiverer dem flere gange (ligesom ved for eksempel en længere løbetur).

Det blev altså tydeligt, at kulhydrat er vigtigt for musklerne, men også at det er vigtigt, at sukkeret er lagret på forhånd, inden arbejdet begyndes.

Kulhydrat løser logistisk problem

Vi har længe vidst, at kulhydrat lagret i musklerne er vigtigt for vores udholdenhed, men vi forstår stadig ikke helt hvorfor. Et åbenlyst svar er, at kulhydrat nedbrydes for at undgå, at musklen løber tør for energi.

Det er nok stadig sandt. Men vores studie viser, at selvom der er masser af energi til rådighed i musklen, så er kulhydrat stadig vigtigt.

Vi tror, at det skyldes måden, kulhydrat er lagret på – altså, at det ligger bestemte steder i musklen.

Mange af natrium-kalium-pumperne er nemlig placeret således, at der er snæver adgang til dem, og tidligere forskning har vist, at ATP har meget svært ved at strømme derhen.

Så selvom der er meget til rådighed, så er der måske ikke så meget af det, der rent faktisk når hen til pumperne.

Vi tror på, at lagret kulhydrat gør, at ATP kan produceres meget tættere på, hvor det skal bruges, og dermed undgår for eksempel natrium-kalium-pumperne at mangle det.

Fremtidens forskning på området må vise, om vi har ret, eller om der er en anden forklaring på det, vores eksperimenter har vist.

Forfatteren til denne artikel har ingen interessekonflikter i forhold til ovenstående studie.