Cellenens språk – Rapamysin

Hva har muskelvekst og aldring med påskeøya å gjøre? Vel, overraskende mye. La oss starte med begynnelsen.

PåskeøyaI den sørøstlige delen av stillehavet, under Chiles eierskap, ligger lille og store Rapa – Rapa Iti og Rapa Nui. Rapa Nui er bedre kjent under sitt folkelige navn, Påskeøya. I 1964 dro en gruppe kanadiske forskere til påskeøya for å samle jord og planteprøver. En av jordprøvene som ble funnet der under steinansiktenes uforanderlige blikk, ble gitt til et mikrobiologiteam i Montreal, hvor blant annet indiske Suren Sehga arbeidet. I prøven fant Suren et nytt biokjemisk stoff med antibiotiske effekter. De canadiske forskerne hadde med seg en ikke ubetydelig skatt fra Rapa Nui. Det Suren og kolleger identifiserte i en av jordprøvene var en bakterie (Streptomyces hygroscopicus), som skilte ut et stoff de kalte Rapamycin – sopp fra Rapa.

I 1975 ble de første artiklene om rapamycins egenskaper publisert og det har siden kommet mange artikler om dette stoffet som viser seg å ha mange bruksområder. Rapamycin (også kalt Sirolimus) har blant annet blitt brukt som en demper av immunsystemet og blitt gitt til pasienter som får organtransplantasjoner. Hos mus har rapamysin vist seg å forlenge livet med opp til 14%.

Rapamycin virker gjennom å påvirke et protein, et lite enzym forkortet TOR. De som har studert fysiologi og kanskje spesielt muskelfysiologi kommer fort over forkortelsen mTOR som står for mammalian (ofte mechanical) Target Of Rapamycin så TOR er ganske enkelt Target Of Rapamycin.

TOR påvirker cellenes vekst og deling og autofagi (celledød). Det påvirker hvordan proteiner blir laget ut ifra oppskriften (RNA), nydanning av blodårer, hvordan lysosomer (cellenes renovasjonsvesen) resirkulerer rester og hvordan mitokondriene virker. mTOR er i det hele tatt et grunnleggende signalmolekyl som sanser cellenes tilstand og setter igang passende prosesserer. Stoffet er en viktig del av cellenes språk.

Felles for mange av de overnevnte prosesser er at de alle er viktige deler av cellenes aldringsprosess. Studier har vist at kalorirestriksjon, så lenge den ikke blir for stor, kan forlenge levealder i en rekke organismer og noe av forklaringen er redusert aktivitet til TOR. Om man bruker medisiner for å blokkere TOR kan man redusere kreft og hjerte- og karsykdom i dyremodeller. mTOR er nemlig en del av signalveien til blant annet insulin og IGF og sørger for at disse hormonsignalene blir oversatt til riktige prosesser i cellen. Man ser dysregulering av mTOR ved for eksempel overvekt, diabetes, kreft og depresjon og når vi ser denne lista med sykdommer forstår vi at vi er i en verden av inflammasjon.

Fordi mTOR er et så viktig signalmolekyl og stor aktivitet til mTOR henger sammen med en rekke sykdommer og aldring i seg selv, blir medisner som påvirker mTOR (som for eksempel rapamycin og liknende stoffer) sett på som veldig lovende forskningsområder.

Når muskler vokser, vokser de først og fremst fordi de får et økt proteininnhold (mer aktin og myosin). Det er mTOR som er det viktigste signalet om økt proteinsyntese. Og det kanskje sterkeste signalet om økt mTOR i muskelceller er rett og slett mekanisk belastning som øker IGF1. Økt inntak av aminosyrer kan også øke mTOR aktivitet og er dermed en viktig strategi når vi vil øke muskelmassen. Den aminosyren som i størst grad regulerer muskelvekst er leucin og derfor den vi ønsker å få mest av fra et tilskudd (animalske tilskudd har mest). Leucin virker gjennom å aktivere mTOR. Men det er sannsynligvis reduksjon i proteininntak som delvis driver den økte livslengden i dyreforsøk, så størst mulig muskler er sannsynligvis ikke en strategi som går så godt sammen med lengst mulig liv.

Det er forresten også mTOR som sørger for at dyr som går i hi ikke mister all muskelmassen sin og perioder der dyret våkner i løpet av dvalen gir en midlertidig økning i mTOR.

Både fasteperioder og også ketogene perioder (et ketogent kosthold hemmer mTOR i hjernen og er en av grunne til at kostholdet virker positivt ved epilepsi) har sin helsefremmende effekt delvis gjennom påvirkning av mTOR. Vi trenger med andre ord ikke være sultne hele tiden for å få bedre helse og lengre liv, men kan med fordel faste periodisk for helsens skyld.

Vi har også ulike mTOR komplekser kalt mTORC1 og mTORC2 (C=complex), men der tror jeg vi slutter mer fysiologiforelesningen. Dette var altså sammenhengen mellom påskeøya, aldring og muskelvekst. Fysiologi er fantastisk!

 

Beklager manglende referanser denne gangen.

Styrke eller utholdenhetstrening for vekttap

En mengde studier har blitt gjort gjennom årenes løp der målet har vært å finne ut hvilken treningsmetode er som er best for å gå ned i vekt. Dessverre er de aller fleste av disse studiene basert på den vanlige misoppfatningen av hvordan energiinntak og energiforbruk påvirker vekten vår. Akkurat hvordan dette er misforstått skal jeg forklare grundig siden, men den gjeldende konklusjonen etter alle disse treningsstudiene er at trening slettest ikke er en god måte å gå ned i vekt på. Resultatene er generelt sett så dårlige at man like gjerne kan runde av opp og si at trening ikke gjør oss tynnere i det hele tatt.

Det er en vanlig oppfatning at trening der mye av energien man bruker kommer fra fett vil gjøre at man mister mer fett. Utholdenhetstrening blir derfor fortsatt anbefalt av mange ved overvekt. Denne oppfatningen er også feil fordi den hviler på den overnevnte misforståelse. Det ser ikke ut til å være en sammenheng mellom hvor mye fett man forbrenner under trening og hvor mye fett man mister fra kroppen over tid.

I en ny og ganske stor og grundig studie sammenlignet man styrketrening, utholdenhetstrening og kombinasjonen styrke/utholdenhetstrening for å se hvordan treningsformene påvirket vekt og kroppssammensetning. Det som vekket interessen min for denne artikkelen, var at i sammendraget av artikkelen, den teksten man får opp i medisinske databaser som skal si noe om de viktigste resultatene i studien, står det ingenting om hvor mye deltakerne gikk ned i vekt. Tittelen på studien er «Effects of aerobic and/or resistance training on body mass and fat mass in overweight or obese adults«, og da ville det vært naturlig å skrive hvor stort vekttapet faktisk var, men det star altså ikke i sammendraget. Det lover ikke godt.

Ca. 40 overvektige personer i hver gruppe fullførte de planlagte 8 månedene med trening i denne studien. Styrketreningsgruppen trente 3 dager i uken med 3 set per øvelse og 8-12 repetisjoner. Utholdenhetsgruppen skulle ha et energiforbruk tilsvarende 12 miles per uke med 65-80% av peak oksygenopptak. Kombinasjonsgruppen trente det samme som de andre gruppene.

Reduksjonen i fettmasse var 0,26 kg i styrkegruppen (ikke signifikant), 1,66 kg i utholdenhetsgruppen og 2,44 kg i kombinasjonsgruppen. Dette var hos utrente overvektige personer med gjennomsnittlig fettmasse på rundt 34 kg og gjennomsnittsvekt på ca. 89 kg, som trente mye i 8 måneder. Ville du vært villig til å trene flere dager i uken i 8 måneder for å gå ned 2,5kg? Det værste er at dette tapet av fettmasse er inkludert eventuelle endringer som skjedde i kostholdet til deltakerne. 

Endring i vekt i henholdsvis styrke-, utholdenhet,- og kobinasjonsgruppen

Endring i fettmasse i henholdsvis styrke-, utholdenhet,- og kobinasjonsgruppen
Det er lite sannsynlig at man holder kostholdet likt over så lang tid og mye tyder på at personer som begynner å trene også endrer kostholdet noe og dermed spiser sunnere. Dessverre får vi ikke vite noe om kostholdsendringer fra artikkelen, bortsett fra at beregnet energiinntak gikk ned så mye i kombinasjonsgruppen (-133 kcal) at det nærmet seg signifikans (p=0,13).

Det vi kan lære fra denne studien og tidligere liknende studier, er at vi ikke kan anbefale overvektige å trene for å gå ned i vekt. Vekttap bør ikke være motivasjonen bak trening. Og vi kan ikke si at utholdenhetstrening er særlig mer effektivt enn styrketrening for å redusere fettmassen. Den beste måten å gå ned i vekt på er fortsatt å spise riktig. Trening bør man gjøre for helse og fornøyelse.

Forskjellen i tap av fettmasse i denne studien var 1,4 kg, en nesten ubetydelig mengde hos så store personer.  Det er med andre ord ingen grunn til å velge utholdenhetstrening fremfor styrketrening for kroppsvektens skyld. Og på grunn av hvordan studier som disse blir gjennomført, kan vi heller ikke si med sikkerhet om den lille forskjellen i fettmasse kom av forskjeller i trening, kosthold eller andre livsstilsfaktorer.

Referanse

1. Willis LH, Slentz CA, Bateman LA, Shields AT, Piner LW, Bales CW et al.: Effects of aerobic and/or resistance training on body mass and fat mass in overweight or obese adults. J Appl Physiol 2012, 113: 1831-1837.

Kaatsu

En treningstrend fra Japan øker i popularitet. Med treningsformen Kaatsu kan man faktisk bygge muskler uten å løfte tunge vekter. Enkelt forklart er Kaatsu okklusjonstrening, eller trening der blodgjennomstrømmingen i noen muskler blir helt eller delvis avstengt. Hensikten er vanligvis å øke muskelstørrelsen og muskelstyrken uten å måtte løfte tunge vekter, trene med stor motstand eller med høy intensitet.

Hypertrofi, eller cellevekst (for så vidt også hyperplasi, men det er en annen sak), av muskler er avhengig av flere faktorer, men det viktigste å huske, er at muskler vokser når de blir utsatt for stress. Jo større stress, jo større vekst – opp til et visst punkt. Det ser ut til å være det totale fysiologiske stresset muskler blir utsatt for som avgjør tilpassningen og påfølgende vekst. Man kan øke det fysiologiske stresset muskler blir utsatt for på flere måter; for eksempel kortere restitusjonstid mellom sett, økt antall sett, flere repetisjoner, økt motstand og også, ser det ut til, stenge av blodtilførselen.

Kaatsu er lavintensitetstrening der en mansjett, lik den som brukes til å måle blodtrykk, blir plassert rundt overarm eller lår, vanligvis nærmest mulig torso. Det var Yoshiaki Sato som startet med Kaatsu for over 40 år siden og Sato er fortsatt like engasjert.

Det kanskje største markedet for Kaatsu er rehabilitering. Yoshiaki Sato, tidligere ansatt ved Department of Ischemic Circulatory Physiology ved Universitetet i Tokyo, beskriver én av sine er faringer med Kaatsu slik

“…witnessing an older wheelchair-bound individual regain the use of his legs as well as another individual regaining sensation…”

Helt i fra begynnelsen var det klart at redusert blodgjennomstrømming kombinert med trening gav gode resultater, selv ved motstander så lave som 20% av 1 repetisjon maksimum (RM). Flere studier har senere bekreftet at man kan få økt muskelmasse ved intensiteter som vanligvis ikke vil gi slike effekter.

I 2005 demonstrerte Sato sammen med Takashi Abe og Charles F. Keans, effekten av Kaatsu kombinert med lavintensitetstrening [1]. De satte 18 unge menn til å gå på tredemølle 2 ganger om dagen, 6 dager i uken i 3 uker. De gikk 5 intervaller av 2 min med en hastighet på 50m/min og med 1 minutt pause mellom intervallene. Halvparten av mennene gikk med en mansjett rundt låra, som stengte av deler av blodgjennomstrømmingen.

Yoshiaki Sato på 60-tallet
 da han eksperimenterte med Kaatsu

Kaatsu-gruppen fikk økte nivåer av veksthormon under trening og etter bare 4 dager hadde de signifikant større muskel-bein-tykkelse sammenlignet med kontrollgruppen. Etter 6 uker hadde tykkelsen på lår økt 6% i Kaatsu-gruppen og ingenting i kontrollgruppen. I Kaatsu-gruppen økte arealet på midten av quadriceps med 5,7% og på hamstrings med 7,6%. Forskerne testet også styrken til mennene før og etter forsøket. Kaatsu-gruppen økte styrken i beinpress med 7,4% og i beincurl med 8,3%, mens kontrollgruppen ikke økte i noen av øvelsene.

Slike resultater kan vise seg svært viktige i rehabilitering av syke og eldre. Det er ofte et mål, ved rehabilitering eller trening hos eldre, å øke muskelmassen. Vanligvis er eneste måten å gjøre dette på å trene med stor motstand og høy intensitet. Denne måten å trene på passer ikke alle pasientgrupper. Ettersom muskelsvinn er et problem hos mange eldre er det spennende at man, kun ved å gå i rolig tempo, kan øke muskelmassen.

Når man trener muskler som har avstengt blodgjennomstrømming utsettes de for stress og vokser mer enn muskler som har normal blodgjennomstrømming. Men studier av Kaatsu tyder på at også muskler med normal gjennomstrømming blir påvirket. Én studie undersøkte effekten av benkpress med lav motstand, på størrelsen av triceps og pectoralis [2].

10 men ble delt inn i to grupper, én Kaatsu og en vanlig. De trente benkpress med intensitet på 30% av 1RM. De gjorde 4 sett med 75 repetisjoner til sammen, to ganger daglig, 6 dager i uken i 2 uker.

Etter to uker hadde muskeltykkelse i både triceps (med okklusjon) og pectoralis (uten okklusjon) økt med henholdsvis 8% og 16 % i Kaatsu-gruppen, mens de uten blodavstengning ikke opplevde noen endring. Maksimal vekt deltakerne klarte å løfte i benkpress (1RM) økte signifikant kun i Kaatsu-gruppen.

En nyere studie [3] undersøkte effekten av å kombinere Kaatsu med vanlig styrketrening i 6 uker. Forskerne delte 40 personer inn i 4 grupper, én som trente vanlig styrketrening (75% av 1 RM), én som trente Kaatsu med lav intensitet (30% av 1 RM), én som gjorde begge deler (Kaatsu 2 ganger, og vanlig styrke 1 gang i uken) og én ikke-trenende kontrollgruppe. Treningen bestod av benkpress 3 ganger i uken. 1RM økte mer med vanlig styrketrening (ca 20%) og kombinertgruppen (ca 15%) enn i okklusjonsgruppen (ca 9%). Muskelvolum i triceps økte med 8,6% med vanlig trening, med 7,2 % i kombinertgruppen og med 4,4% med kun okklusjon. Studien viste slik sett at man kan oppnå bedre resultater om man legger inn vanlig styrketrening til et Kaatsu treningsregime.

Flere studier av okklusjonstrening har, i tilegg til å finne økt styrke og muskelvekst, funnet andre positive effekter. En gruppe koreanske forskere fant at 2 uker med gående okklusjonstrening økte maksimalt oksygenopptak hos idrettsutøvere [4]. En annen studie fra Birmingham viste at det sannsynligvis skjer en økt kapillarisering (målt som økt filtreringsrate) etter okklusjonstrening [5].

Styrketrening med stor motstand kan øke muskelstørrelse, men det kan også redusere arterienes elastisitet og evne til å utvide seg, noe man er redd kan være negativt. I en studie [6] fra 2010 ble 13 eldre personer satt til å gå på tredemølle med redusert blodgjennomstrømming i bein mens 10 eldre personer ble satt til å gå på samme måte uten okklusjon. Gruppene gikk i 20 min med lav intensitet (ca 45 % av Heart Rate Reserve), 4 dager i uken i 10 uker. Både styrke og muskelmasse økte i Kaatsu-gruppen, men ikke i kontrollgruppen. Begge grupper fikk en forbedret arteriell compliance. Forsøket viste dermed at man kan få både bedret blodårefunksjon og økt muskelmasse på samme tid.

Det finnes forsiktighetsregler man bør følge om man vil prøve Kaatsu-trening. Én mulig risiko oppstår når man stenger av blodtilførselen for mye, noe som blant annet kan føre til trombosedannelse (blodpropp). Sato ble selv lagt inn på sykehus på 60-tallet etter at han trente med mansjett og overså en økende nummenhet i beina. Et plutselig anfall av kortpushet gjorde at han ble innlagt der det ble påvist blodpropp i lungene. Da Sato senere patenterte Kaatsu, sørget han samtidig for å lage retningslinjer for å redusere risikoen for å overdrive, slik han selv hadde gjort.

Yoshiaki Sato i 60-åra trener fortsatt Kaatsu

Alt i alt viser Kaatsu svært lovende resultater, men treningen er selvfølgelig ikke for alle. Det kan være mer ubehagelig enn vanlig trening, men det er et lovende verktøy med tanke på blant annet rehabilitering. Årsakene til at muskler vokser mer med redusert blodgjennomstrømming er fortsatt ukjente. Økt nivå av veksthormon kan være en evolusjonær tilpassning som imiterer reaksjonen ved store skader, som tap av lemmer. Det ser også ut til at okklusjonstrening gir reduserte myostatinaktivitet. Myostatin bremser muskelvekst. Muskler ser også ut til å vokse mer når det er lite tilgang på oksygen. Faktisk har man sett økt muskelvekst ved å la folk trene med lavere oksygentilgang for hele kroppen sammenlignet med vanlig tilgang [7]. En studie viste at gener knyttet til proteinnedbrytning blir nedregulert etter okklusjonstrening [8].

Referanser

1. Abe T, Kearns CF, Sato Y: Muscle size and strength are increased following walk training with restricted venous blood flow from the leg muscle, Kaatsu-walk training. J Appl Physiol 2006, 100: 1460-1466.

2. Yasuda T, Fujita S, Ogasawara R, Sato Y, Abe T: Effects of low-intensity bench press training with restricted arm muscle blood flow on chest muscle hypertrophy: a pilot study. Clin Physiol Funct Imaging 2010, 30: 338-343.

3. Yasuda T, Ogasawara R, Sakamaki M, Ozaki H, Sato Y, Abe T: Combined effects of low-intensity blood flow restriction training and high-intensity resistance training on muscle strength and size. Eur J Appl Physiol 2011.

4. Park S, Kim JK, Choi HM, Kim HG, Beekley MD, Nho H: Increase in maximal oxygen uptake following 2-week walk training with blood flow occlusion in athletes. Eur J Appl Physiol 2010, 109: 591-600.

5. Evans C, Vance S, Brown M: Short-term resistance training with blood flow restriction enhances microvascular filtration capacity of human calf muscles. J Sports Sci 2010, 28: 999-1007.

6. Ozaki H, Miyachi M, Nakajima T, Abe T: Effects of 10 weeks walk training with leg blood flow reduction on carotid arterial compliance and muscle size in the elderly adults. Angiology 2011, 62: 81-86.

7. Nishimura A, Sugita M, Kato K, Fukuda A, Sudo A, Uchida A: Hypoxia increases muscle hypertrophy induced by resistance training. Int J Sports Physiol Perform 2010, 5: 497-508.

8. Manini TM, Vincent KR, Leeuwenburgh CL, Lees HA, Kavazis AN, Borst SE, Clark BC: Myogenic and proteolytic mRNA expression following blood flow restricted exercise. Acta Physiol (Oxf) 2011, 201: 255-263.