Cellfunktion & metabolism

Skelettmuskulaturen är inte bara till för rörelse. Den är också ett av kroppens viktigaste metabola organ. Efter en måltid kan stora mängder glukos tas upp av musklerna och lagras som glykogen. När vi tränar ökar dessutom musklernas glukosupptag genom mekanismer som delvis är oberoende av insulin.

Regelbunden fysisk aktivitet ökar därför ofta insulinkänsligheten. Mer muskelmassa innebär också större kapacitet att lagra glykogen och hantera näringsämnen.

Det är en av anledningarna till att styrketräning har betydelse långt utanför gymmet. Att bygga och bevara muskler är även en investering i metabol hälsa.

Uthållighetsträning skapar en stark metabol signal i muskelcellerna. Bland annat aktiveras regulatoriska system där proteinet PGC-1α spelar en viktig roll. Det stimulerar mitokondriell biogenes – alltså ökad produktion och funktion av mitokondrier.

Resultatet blir att musklerna förbättrar sin kapacitet att producera energi aerobt. Antalet kapillärer kan öka. Enzymer involverade i oxidativ metabolism ökar. Förmågan att använda både kolhydrater och fett förbättras.

Träning förändrar alltså bokstavligen cellernas maskineri. Det är ett tydligt exempel på hur livsstilen kan påverka biologin på cellnivå.

Celler behöver kunna känna av sin egen energistatus. En viktig komponent i detta system är enzymkomplexet AMPK. När cellens energitillgång sjunker aktiveras AMPK, vilket i princip signalerar att cellen behöver producera mer energi och minska energikrävande processer. AMPK kan öka glukosupptag, stimulera fettsyraoxidation, påverka mitokondriell funktion och hämma vissa anabola processer. Fysisk aktivitet är en stark stimulus för AMPK-aktivering i musklerna.

På andra sidan av energibalansen finns signalsystemet mTORC1. Det reagerar på signaler som indikerar att förutsättningar för tillväxt finns:

• aminosyror, särskilt leucin
• mekanisk belastning
• insulin och tillväxtfaktorer
• cellens energistatus.

När mTORC1 aktiveras stimuleras bland annat proteinsyntesen – därför spelar systemet en central roll vid muskeluppbyggnad efter styrketräning.

AMPK och mTOR illustrerar två fundamentala behov som cellen ständigt balanserar: har vi tillräckligt med energi för att bygga – eller behöver vi prioritera energiproduktion?

Proteiner är inte permanenta strukturer. De har olika livslängd och måste kontinuerligt repareras eller ersättas. Cellerna använder bland annat ubiquitin-proteasomsystemet, som märker ut och bryter ned specifika proteiner, och autofagi, där större cellkomponenter kapslas in och transporteras till lysosomer för nedbrytning och återvinning.

Autofagi har ibland marknadsförts som en särskild ”detoxprocess” som måste aktiveras genom långa fastor. Men autofagi sker hela tiden. Aktiviteten förändras beroende på celltyp, energitillgång, fysisk aktivitet och andra signaler. Det är framför allt ett grundläggande system för cellulärt underhåll och återvinning.

Få saker påverkar cellernas metabolism så tydligt som fysisk aktivitet. När en muskel arbetar ökar ATP-behovet dramatiskt. Glukosupptaget ökar. Glykogen bryts ned. Fettsyraoxidationen förändras. Mitokondriella signalvägar aktiveras. Efter träningen ökar insulinkänsligheten.

Vid styrketräning stimuleras proteinsyntesen. Vid konditionsträning stimuleras bland annat mitokondriell biogenes. Träning är därför inte bara ett sätt att ”bränna kalorier” – det är en kraftfull biologisk signal som förändrar hur våra celler fungerar.

Träningen skapar ett metabolt behov. Kosten avgör vilka substrat och byggstenar som finns tillgängliga när kroppen svarar på detta behov.

Efter styrketräning gör aminosyror det möjligt att bygga nya muskelproteiner. Efter uthållighetsträning hjälper kolhydrater till att återställa glykogenlagren. Essentiella fettsyror behövs för normala cellmembran och signalprocesser. Vitaminer och mineraler fungerar i de enzymatiska system som driver anpassningen.

Det är därför svårt att helt separera träning från nutrition. De är två olika typer av signaler som möts inne i samma celler.

Vitaminer och mineraler ger nästan ingen energi. Ändå skulle energiomsättningen stanna utan dem. De fungerar bland annat som kofaktorer, strukturella komponenter, elektrolyter, signalmolekyler och delar av enzymsystem. Exempelvis behövs:

• magnesium för ATP-relaterade processer
• järn för syretransport och elektrontransport
• jod för sköldkörtelhormon
• selen för vissa antioxidativa enzymer
• B-vitaminer för energiomsättning
• zink för ett stort antal enzymatiska processer.

En varierad kost är därför viktig inte bara för att förebygga klassiska bristsjukdomar. Den förser hela den metabola maskinen med de komponenter som krävs för att fungera normalt.

Magnesium behövs i hundratals enzymatiska reaktioner och är särskilt viktigt för processer som involverar ATP. ATP fungerar i praktiken ofta tillsammans med magnesium inne i cellerna. Mineralet spelar även roll för:

• muskelfunktion
• nervsignalering
• glukosmetabolism
• proteinsyntes
• normal elektrolytbalans.

Magnesium finns bland annat i nötter, frön, fullkorn, baljväxter och gröna bladgrönsaker. Brist kan påverka många fysiologiska system samtidigt just eftersom mineralet ingår i så många metabola processer.

B-vitaminer marknadsförs ibland som något som ”ger energi”. De innehåller dock i princip ingen användbar energi själva. Istället fungerar flera B-vitaminer som kofaktorer i de enzymatiska reaktioner där kroppen utvinner energi ur kolhydrater, fettsyror och aminosyror.

Vid brist kan därför energiomsättningen försämras. Men om kroppen redan har tillräckligt med B-vitaminer innebär extra stora mängder inte att mitokondrierna plötsligt börjar producera enormt mycket mer energi.

Vitaminer möjliggör processerna. De ersätter inte bränslet.

Järn förknippas ofta med hemoglobin och syretransport. Men flera proteiner i mitokondriernas elektrontransportkedja innehåller också järn. Järnbrist kan därför påverka energiomsättningen på flera nivåer – en viktig förklaring till den uttalade trötthet och nedsatta prestationsförmåga som kan uppstå vid järnbristanemi.

Men järn är samtidigt reaktivt i kroppen. Därför regleras upptag, transport och lagring mycket noggrant. Mer järn är inte bättre när behovet redan är täckt.

Kroppen har avancerade antioxidativa system. Enzymer som superoxiddismutas, katalas och glutationperoxidas hjälper till att kontrollera reaktiva syreföreningar. För att dessa system ska fungera behövs bland annat selen, zink, koppar och mangan. Kosten bidrar också med vitamin C, vitamin E och ett stort antal växtämnen.

Men mycket stora antioxidantdoser är inte automatiskt bättre. Eftersom oxidativa signaler också behövs för normala träningsanpassningar finns forskning som antyder att mycket höga doser av vissa antioxidanttillskott kan dämpa delar av träningsresponsen. Återigen handlar biologin om balans.

Nästan alla biokemiska reaktioner sker i en vattenbaserad miljö. Blodet transporterar näringsämnen och restprodukter lösta i vatten. Elektrolyter fungerar i vattenlösning. Temperaturreglering genom svettning kräver vatten, och njurarna använder vatten för att reglera elektrolyter och utsöndra avfallsprodukter.

Även relativt måttlig vätskebrist kan påverka fysisk och kognitiv prestation. Vatten är därför inte bara något vi behöver för att undvika törst – det är det medium där stora delar av vår fysiologi äger rum.

Nästan allt vi absorberar från tarmen passerar genom levern via portavenen. Här kan näringsämnen lagras, omvandlas, brytas ned eller skickas vidare till andra vävnader. Levern:

• lagrar glykogen när glukos är rikligt och frigör glukos mellan måltider
• producerar glukos från bland annat laktat, glycerol och vissa aminosyror
• syntetiserar kolesterol, lipoproteiner och gallsyror
• bryter ned alkohol och många läkemedel
• omvandlar ammoniak från aminosyrametabolismen till urea.

Levern fungerar därför som en metabol knutpunkt mellan maten vi äter och resten av kroppen.

Sköldkörtelhormonerna T3 och T4 påverkar ämnesomsättningen i stora delar av kroppen. De reglerar genuttryck och påverkar bland annat:

• mitokondriell aktivitet
• energiförbrukning
• värmeproduktion
• hjärtfrekvens
• omsättning av kolhydrater och fett.

Vid hypotyreos minskar många metabola processer och personen kan bli trött, frusen och få lägre energiförbrukning. Vid hypertyreos accelererar metabolismen och symtom som hög puls, värmekänsla och viktnedgång kan uppstå.

”Ämnesomsättningen” styrs alltså av mycket mer än hur mycket någon äter eller tränar. Den är integrerad med kroppens endokrina system.

Vårt DNA förändras normalt inte beroende på vad vi äter. Däremot förändras vilka gener som är aktiva. En fettsyra kan binda till receptorer som påverkar uttrycket av gener involverade i fettmetabolism. Träning kan aktivera gener som stimulerar mitokondriell biogenes. Aminosyror kan påverka signalvägar som reglerar proteinsyntes. Detta är en central princip inom nutrigenomik.

Genaktivitet påverkas också genom epigenetiska mekanismer – kemiska förändringar av DNA eller proteinerna runt DNA. Det betyder inte att man genom ett specifikt livsmedel enkelt kan ”slå på hälsogener och stänga av sjukdomsgener”. Men det visar att arv och miljö inte är separata system.

Kosten levererar alltså inte bara energi och byggmaterial. Den fungerar också som biologisk information.

Redan några nätter med kraftigt begränsad sömn kan försämra insulinkänsligheten. Sömnbrist påverkar dessutom hunger, mättnad, stresshormoner och matval. På längre sikt är kroniskt otillräcklig sömn associerad med högre risk för obesitas, typ 2-diabetes och andra metabola sjukdomar.

Sömnen påverkar alltså metabolismen både direkt och indirekt genom vårt beteende. Metabol hälsa skapas därför inte bara vid matbordet.

Vid energiunderskott behöver kroppen mobilisera lagrad energi. Insulinnivåerna blir generellt lägre mellan måltiderna och lipolysen i fettvävnaden ökar. När underskottet fortsätter minskar fettmassan.

Men kroppen anpassar sig också. Energiförbrukningen minskar delvis därför att kroppen blivit mindre, men också genom så kallad adaptiv termogenes. Hunger och mättnadssignaler förändras samtidigt. Viktnedgång är därför inte bara enkel kalorimatematik.

När vi inte äter under flera timmar sjunker insulin, leverglykogen används och lipolysen ökar. Efter längre fasta ökar leverns produktion av ketonkroppar. Det är normala metabola anpassningar. Fasta kan vara ett användbart sätt att strukturera energiintaget för vissa, men många av de långsiktiga effekterna beror på samma faktorer som vid andra kostupplägg:

• totalt energiintag
• kostkvalitet
• kroppsvikt
• fysisk aktivitet
• möjlighet att följa upplägget över tid.

Metabolismen behöver inte ”startas om”. Den arbetar hela tiden.

Den totala energiförbrukningen består huvudsakligen av:

• basal energiförbrukning
• fysisk aktivitet
• spontan vardagsrörelse
• matens termiska effekt.

Basalmetabolismen påverkas bland annat av kroppsstorlek, fettfri massa, ålder, kön och genetik. Det finns individuella variationer, men skillnaderna är ofta mindre dramatiska än populära föreställningar antyder. Skillnader i spontan fysisk aktivitet, aptit och energiintag kan också spela stor roll.

Koffein och protein kan tillfälligt påverka energiförbrukningen, men effekterna är små i relation till den totala energibalansen. Chili, grönt te eller andra ”metabolismboosters” förändrar sällan kroppsvikten dramatiskt. Metabolismen är inte en motor som behöver ett särskilt livsmedel för att börja gå fortare.

Cellmetabolismen reagerar på vad vi gör idag. Men kroppens långsiktiga metabola hälsa formas av det vi gör upprepade gånger.

Ett träningspass ökar insulinkänsligheten tillfälligt. Hundratals träningspass kan förändra muskelmassa, mitokondrier och kondition. En fiberrik måltid påverkar blodsockersvaret efter just den måltiden. Ett fiberrikt kostmönster över år påverkar samtidigt kroppsvikt, tarmflora och metabol risk.

Kroppen är därför i stor utsträckning resultatet av upprepade signaler.