SRP om stofskifte og fysisk aktivitet i Biologi A og Idræt B

Side 1

0

STOFSKIFTE OG FYSISK

AKTIVITET

Side 2

1

INDHOLDSFORTEGNELSE

Abstract .......................................................................................................................................................................... 2 Indledning ..................................................................................................................................................................... 3 Energistofskiftet.......................................................................................................................................................... 4 I. Energistofskifte i hvile .................................................................................................................................................. 4 II. Stofskiftehormonernes regulation .......................................................................................................................... 6 III. Fysisk aktivitets indflydelse på energistofskiftet .............................................................................................. 6 Måling af stofskiftet ................................................................................................................................................... 8 I. Douglas-sæk-metoden .................................................................................................................................................. 9 II. Stofskiftekondition ..................................................................................................................................................... 13 III. Forbedring af musklaturens stofskiftekondition ........................................................................................... 14 Fysisk inaktivitet i et sundhedsperspektiv ..................................................................................................... 15 I. Aktivering af gener ..................................................................................................................................................... 16 Konklusion .................................................................................................................................................................. 18 I. Perspektivering ............................................................................................................................................................ 19 Litteraturhenvisning ............................................................................................................................................... 20 I. Bøger: ............................................................................................................................................................................... 20 II. Hjemmesider: ................................................................................................................................................................ 20

Side 3

2

ABSTRACT

This paper explains what metabolism is and how it varies. How the body naturally regulates metabolism and physical activity’s effect on metabolism. From an experiment accomplished at Aarhus University, about toad’s metabolism at rest and work, it explains how metabolism can be measured - both in humans and toads. In addition it explores the new notion metabolic fitness and the health problems that result from lack of exercise, which can be life threatening. The paper supplies data and examinations to support physical activity’s significance to general health, and make suggestions how you can bring physical activity in your everyday life. The study indicates that it is important to be active with both low and high intensity in order to sustain a general good health and thereby avoid the diseases and sequelae associated with physical inactivity.

Side 4

3

INDLEDNING

Det har i mange år været et videnskabeligt faktum, at fysisk inaktivitet er et stigende sundhedsproblem i Danmark og mange andre lande i verden. Før blev fysisk aktivitet og kondition, defineret alene som kroppens maksimale iltoptagelse under fysisk belastning. Nyere forskning har dog vist, at kondition ikke kun er kredsløbskondition eller aerob fitness, men også muskulaturens stofskiftekondition eller metaboliske fitness. Med den forskning fandt man ud af, at det ikke nødvendigvis krævede sved på panden, for at reducere risikoen for tidligt at udvikle hjerte-kar-sygdomme og type 2-diabetes, men at man også kan formindske ved at træne ens

                1
stofskiftekondition.

Hvad stofskiftekondition egentlig er, og hvilken påvirkning den har for den generelle sundhed, vil jeg diskutere i min opgave. Derudover vil jeg forklare, hvad energistofskifte er, og definere den basale metaboliske rate (BMR), samt forklare, hvordan kroppen naturligt regulerer denne. Ordet stofskifte, bliver ofte brugt som et synonym for energistofskifte, men definitionen på stofskifte er meget bredere, og betyder egentlig bare, at omdanne molekyler til noget andet. Jeg har i denne opgave valgt kun at beskæftige mig med energistofskiftet.

For at undersøge, hvordan man kan måle energistofskiftet, har jeg været på Århus Universitet, og lave et forsøg om tudsers stofskifte i hvile og arbejde. Resultaterne derfra vil jeg bruge at vise, hvordan energistofskiftet ændrer sig fra ved fysisk aktivitet, og hvordan energistofskiftet som iltforbrug kan omregnes til energi. I den sammenhæng forklarer jeg også om Douglas-sæk-metoden, som er en lignende metode, der bruges når man måler energistofskiftet ved mennesker.

1

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 34

Side 5

4

ENERGISTOFSKIFTET

Med energistofskifte menes der den mængde energi, som frigøres i hele kroppen, til dækning af alle kroppens forskellige cellers stofskifteprocesser. Cellers stofskifteprocesser, er alle de processer, hvorved der omdannes næringsstoffer. Man kan også gå ind og snakke om enkelte celler og organernes energistofskifte, da de kan have en forskellig funktion og aktivitetsniveau, og dermed også et forskelligt energibehov. Hjertet har fx generelt en høj energiomsætning, da det må arbejde konstant, for at pumpe blodet rundt i kroppen. Den største ændring af energistofskiftet ser man ved overgangen fra hvile til fysisk arbejde, hvor kroppen skal bruge mere energi, og cellers

                            2
stofskifteprocesser derfor forøges.

ENERGISTOFSKIFTE I HVILE

Energistofskiftet i hvile har mange forskellige navne og kaldes bl.a. basalstofskiftet [3], standardstofskifte [4], eller den basale metaboliske rate (BMR) [5]. Man kan sige, at det er kroppens

’tomgangsforbrug’, da det er den energi, der skal til for at kroppen fungerer, hvis vi slet ikke bestiller noget. [6] For at BMR bliver målt ens hver gang, har man vedtaget, at det skal måles under nogle standardbetingelser: 1) personen skal ligge ned i helt afslappet tilstand, 2) omgivelserne skal være rolige og rumtemperaturen behagelig, 3) personen må ikke have spist de sidste 12 timer, 4)

personen skal være vågen.^{7} Har man været aktiv dagen inden målingerne, er der en sandsynlighed

for, at det også kan få betydning for resultatet, men det tager man ikke hensyn til. [8] Standartbetingelserne er selvfølgelig restriktioner, som påvirker den basale metaboliske rates størrelse. Grunden til, at man ikke kun skal være fysisk afslappet, men også skal være afslappet mentalt er, at kroppen når den udsættes for stress, såvel fysisk som psykisk, producerer stresshormonet adrenalin. Dette har en stimulerende effekt på energistofskiftet. Føler man sig stresset under målingerne vil det kunne forøge hvilestofskiftet med 30-50 %. [9] En anden faktor, som kan forøge energistofskiftet, er temperaturen. Ved lav ydertemperatur vil der være fare for, at legemstemperaturen falder, hvilket vil forøge energistofskiftet for at holde

2

Menneskets fysiologi, 2005 s. 233

3

Fysiologibogen – den levende krop, 2008 s. 205

4

Menneskets fysiologi, 2005 s. 241

5

Menneskets fysiologi, 2005 s. 241

6

Fysiologibogen – den levende krop, 2008 s. 205

7

Menneskets fysiologi, 2005, CITAT: s.241 linje 36-39

8

Menneskets fysiologi, 2005 s. 241

9

Menneskets fysiologi, 2005 s. 243

Side 6

5

FIGUR 1: SKJOLDBRUSKIRTLEN legemstemperaturen konstant. BMR kan stige med hele 300-400 %. Er tilfældet derimod at temperaturen bliver for høj, vil det nærmest ikke have en effekt på energistofskiftet.

                                                                10
Energistofskiftet øges kun med 10 % for hver grad legemstemperaturen stiger.

Grunden til at man faster inden stofskiftemålingen er, at energistofskiftet forøges når man har spist. Hvis man indtager store mængder protein, kan man øge BMR med op til 30 %, imens man ved kulhydrater og fedt vil se en væsentlig mindre stigning. [11]

Til sidst pointeres der, at man skal være vågen under forsøget, da hvilestofskiftet vil være lavere når man sover [12]

ENERGISTOFSKIFTETS REGULERING

Hvilestofskiftets størrelse påvirkes af hormoner, som dannes i den endokrine kirtel, skjoldbruskkirtelen. Skjoldbruskkirtlen er på mennesker placeret på forsiden af halsen omkring øvre del af luftrøret og nedre del af skjoldbrusken (se figur 1). [13]

Den består af en højre og venstre lap, der hver ca. er 5 cm. Selvom kirtlen kun vejer ca. 20 gram kontrollerer den alle cellers

energiproduktion/energistofskifte, vha. hormonerne thyroxin (T) og trijodtyronin (T). Jod er en

4 3 vigtig bestanddel af disse hormoner, og de forkortes derfor efter, hvor mange jodatomer, der er i hvert af molekylerne. I thyroxin-molekylet er der fx fire jodatomer, derfor T. Udover, at

4 hormonerne indeholder jod, dannes de også ud fra aminosyrer, hvor tyrosin er den essentielle. [14] I kirtlen er der follikler, som er små væskefyldte huller, hvis vægge er dannet af hormonproducerende celler, follikelceller. Det er her hormonerne produceres, og deponeres som et hormonforstadium. Inden hormonforstadiumet bliver frigjort til blodet, spaltes det til T eller

3

T

4 4 3

. [15]

Sekretionen består af 20 til 30 gange mere T end T

, men i mange væv omdannes størstedelen af T dog til T, så forskellen mellem de to stofskiftehormoner, har ikke en væsentlig

4 3 betydning i forhold til processerne i cellerne [16]

I blodbanen transporteres stofskifthormonerne bundet til plasmaprotein, da stofskiftehormoner er fedtopløselige stoffer, og dermed ikke kan opløses i vand eller i blodets plasma. Ved at binde sig

10

Menneskets fysiologi, 2005 s. 242

11

Menneskets fysiologi, 2005 s. 242

12

Menneskets fysiologi, 2005 s. 242

13

http://www.denstoredanske.dk/Krop,_psyke_og_sundhed/Sundhedsvidenskab/Organl%C3%A6re_og_speciel_
histologi/skjoldbruskkirtel

14

Stofskifte, 2005 s. 4 l. 2-14

15

Anatomi og fysiologi, 2005 s. 155 l. 19-27

16

Anatomi og fysiologi, 2005 s. 155

Side 7

6 til plasmaprotein bliver stofskiftehormonerne gjort vandopløselige. En anden fordel ved at de binder sig til protein er, at proteinbundne hormoner ikke er aktive, og de derfor fungerer som et slags nærlager, der kan udnyttes, når der er brug for det i cellerne. [17]

Når der er brug for stofskiftehormoner i cellerne, spaltes plasmaproteinet fra, og hormonerne er igen fedtopløselige, og kan derfor passere cellernes membran. I cellevæsken bindes hormonerne til hormonreceptorerne, og føres derefter ind i cellekernen. [18] I cellekernen binder hormon-receptor-komplekset sig til generne og stimulerer transskriptionen, og derved fremmer dannelsen af specifikke proteiner. Proteiner i form af enzymer fungerer bl.a. som katalysatorer for cellens stofskifteprocesser, og det at der bliver produceret mere protein, vil derfor sætte processerne i

                              19
gang, og derved øge energistofskiftet

STOFSKIFTEHORMONERNES REGULATION

I menneskets hjerne findes forskellige områder, som er med til at regulerer kroppens energistofskifte. Disse områder betegnes hypothalamus og hypofysen. Hypothalamus, hypofysen og skjoldbuskkirtlen har en gensidig kontrol over hinandens hormonproduktion, som fungerer ved en dobbelt negativ feedback mekanisme, der sikre, at der hele tiden er en passende koncentration af T og T i blodet. Hypothalamus danner hormonet thyreotropin relasing hormone, TRH, som

4 3 derefter sendes via blodbanen til hypofysens forlap. I hypofysens forlap fremmer TRH dannelsen af hormonet tyroideastimulerende hormon, TSH. Fra hypofysens forlap bliver TSH ført med blodet til skjoldbruskkirtlen, hvor det fremmer T

4 3 4 3 og T sekretionen. [20]

T og T bliver frigjort til blodet, og når koncentration af T og T bliver for høj, hæmmer de dannelsen af TRH og TSH. Derved sker der

4 3 en automatisk nedsættelse af frigørelsen af T

4 3, og T og man sikre at cellernes energidannelse holder et passende niveau (se figur 2). [21]

FYSISK AKTIVITETS INDFLYDELSE PÅ ENERGISTOFSKIFTET

Ved fysiskaktivitet sker der som nævnt en forøgelse af energistofskiftet, afhængig af arbejdets størrelse og art. Er der tale om en aktivitet, hvor man bære sin egen kropsvægt, har ens vægt også betydning for energistofskiftets størrelse - fx ved løb eller badminton. Energistofskiftets størrelse

17

Anatomi og fysiologi, 2005 s.283

18

Anatomi og fysiologi, 2005 s. 284

19

Menneskets fysiologi, 2005 s 154

20

Menneskets fysiologi, 2005 s. 154

21

Anatomi og fysiologi, 2005 s. 291

FIGUR 2: NEGATIV FEEDBACK

Side 8

7 er derimod næsten uafhængig af vægten under cykling eller svømning, da vægten bliver båret af cyklen og vandet. På tabel 1, hvor tallene er udregnet for en person, der vejer 70 kg, vil værdierne for brystsvømning og cykling, derfor næsten være de samme, selvom forsøgspersonen vejede fx

100 kg.^{22}

TABEL 1. ENERGISTOFFETS STØRRELSE UNDER FORSKELLIGE AKTIVITETER HOS EN PERSON, DER VEJER 70

KG^{23}

Af tabel 1 fremgår de to måder, som man kan angive det energistofskifte, der skal til for at udføre en aktivitet:

1) Man kan angive energistofskiftet som det ekstra iltforbrug, der har været pga. arbejdet - hvor man både medtager den ekstra O

2 optagelse i arbejdsperioden og ved iltgæld. Iltgæld opstår hvis musklerne udfører intensivt fysisk arbejde, hvor der skal bruges mere ilt, end kroppen kan nå at optage. Så tærer kroppen på O

2 2 depoterne, som er den O

, der er bundet til muskelfibrenes myoglobin og den ekstra ’reserve’ mængde O

2

, der kan tages fra blodets hæmoglobin. De depoter skal kroppen have fyldt op igen, så når arbejdet er færdigt, vil optagelsen af O være større (bl.a.

2 derfor man er forpustet et stykke tid efter endt arbejde). [24]

Kigger man på kolonne ”Ekstra iltoptagelse” i tabel 1, er den ekstra O

2

-optagelse ikke angivet ved husligt arbejde og ved langrends

22

Menneskets fysiologi, 2005 s.245

23

Menneskets fysiologi, 2005 s.246

24

Menneskets fysiologi, 2005 s 245

Aktivitet Energistofskifte ml ilt × kg^{-1} MET- Ekstra iltoptagelse
kJ × × min^{-1} værdier (L × km^{-1})
𝑉_{02}

̇

(L Ilt × min^{-1}) min^{-1}

Liggende hvile 0,25 4,98 3,6 1,0

Husligt arbejde 0,95 317 13,6 3,8

Gang 4 km × t^{-1} 0,85 19,02 12,1 3,4 9,00
Gang 8 km × t^{-1} 1,94 38,76 27,7 7,8 12,68
Cykling 18 km × t^{-1} 2,10 42 30,0 8,4 6,17
Løb 10 km × t^{-1} 2,41 48,18 34,4 9,6 12,96
Brystsvømning 50 m × min^{-1} 3,20 63,96 45,7 12,8 59,00
Løb 18 km × t^{-1} 4,20 84 60,0 16,8 13,17

Ski, langrend, konkurrence 4,26 85,2 60,9 17,0

Side 9

8 konkurrence, da arbejdshastigheden ikke nødvendigvis er den samme hver gang, og det vil derfor ikke give nogen mening at angive.

2) Den anden måde man kan angive energistofskiftet på, er som V_{02} (volumen af den mængde O

̇

2 man indtager i minuttet) i arbejdets stationære periode. Den stationære periode er når kredsløbet har indstillet sig til arbejde, og O

2

-tilførelsen dermed svarer til energikravet i de arbejdende muskler og i de forskellige organer. I begyndelsen af arbejdet har man et iltdeficit (ilt underskud), hvor man også bruger fra de nævnte ilt depoter og ilten man forbruger, vil derfor ikke svare til den

energifrigørelse der sker. V skal altså måles i den stationære periode, så det svarer til et mål for
                      02

̇ den samlede energifrigørelseshastighed i kroppen. I de situationer, hvor der er en stationær

periode, vil man angive energistofskiftet som V_{02} V_{02} kan som vist i tabellen, omregnes til

̇_{.}^{25} ̇
kJ/min, og hvordan man gør det, forklarer jeg i et senere afsnit, omkring tudsers stofskifte i hvile

og arbejde.

I tabel 1 er energistofskiftet også angivet i MET-værdi (metabolic equivalent turnover), som er iltoptagelsen ved en aktivitet i forhold til hvile. En MET-værdi svarer til en persons hvilestofskifte

per kg legmsvægt. Man kan derfor se på tabel 1 i kolonnen ml ilt × kg^{-1} × min^{-1}, ved liggende hvile,
at en MET-værdi ved forsøgspersonen er 3,6. Går forsøgspersonen med en hastighed på 8 km/t

fremgår det, at MET-værdien er 7,6 og det er således et udtryk for, at iltoptagelseshastigheden er

7,6 gange større end i hvile. MET-værdien er ved langrends konkurrence 17, og aktiviteten kræver dermed en O -optagelseshastigeden, som er 17 gange så stor i forhold til hvile.

2

MÅLING AF STOFSKIFTET

Størstedelen af energifrigørelsen der sker i de forskellige celler, sker ved aerobe processer. Det er kun kortvarigt de arbejdende muskler kan få dækket deres energibehov ud fra anaerobe processer. Så når vi skal bestemme stofskiftet, går vi derfra ud fra respirationsligningen, hvor næringsstoffer under tilføring af ilt forbrændes til kuldioxid og vand:

Næringsstof + O → CO + H O + energi^{26}

2 2 2

Teoretisk set vil vi kunne bestemme energistoffets størrelse ud fra de fem ovenstående elementer, men i praksis vil det være svært at bestemme det ud fra H O og CO. Vil man bestemme

2 2

25

Menneskets fysiologi, 2005 s. 245

26

Menneskets fysiologi, 2005 s. 233

Side 10

9

FIGUR 3: OCYCON MOBILE energifrigørelsen ud fra fødeindtagelsen, kræver det man har en længere periode (fx 30 dage), hvor man kan holde øje med hvilken føde der indtages og ’forsøgspersonens’ vægt. Det essentielle i denne metode er nemlig, et vægttab vil kunne vise, at energifrigørelsen har været større end energitilførslen - og omvendt hvis man har taget på i vægt. [27]

Skal man kigge på energifrigørelsen over en kortere periode, er det bedst ud fra varmeproduktion

(energi), som kaldes kalorimetri, eller ud fra iltoptagelse. Kalorimetri udføres kun få steder i verden, da det er en meget kompliceret metode, og det er derfor mest normalt at bestemme energistofskiftet ud fra iltoptagelse. [28] Der findes flere teknologiske metoder til at analysere og bestemme gasser, og dermed bestemme iltoptagelsen på en simpel måde. På figur 3 er der et eksempel, hvor en bærbarmaske, gør det muligt at måle iltoptagelseshastigheden i både hvile og arbejde. Apparatet er forbundet med en computer, som registrer alle de målte værdier. [29] En anden metode, til at bestemme energistofskiftet ud fra iltoptagelsen, som ikke kræver så specifikt udstyr, hedder Douglas-sæk-metoden, og den beskriver jeg i følgende afsnit.

DOUGLAS-SÆK-METODEN

Princippet i metoden er, at forsøgspersonen ånder i Douglas-sækken (se figur 4), som er fuldstændig tømt for luft. Vha. en ventil kan forsøgspersonen ånde atmosfæriskluft ind, uden at tage mundstykket ud. Tiden forsøgspersonen bruger fra første udånding til sidste udånding noteres, og luftmængden måles ved at blive tømt over i et spirometer eller gennem et gasur.

Derefter analyseres udåndings-luften fra Douglas-sækken for dens indhold af O, CO og N. [30]

2 2 2

Forsøget med Douglas-sækken kan bruges både til at måle energistofskiftet i hvile og arbejde.

Tidsintervallerne og antal gange man udfører målingerne, kan variere efter hvad man konkret vil undersøge med energistofskiftet. På Institut For Idræt ved Københavns Universitet udfører de hvilebestemmelsen, hvor personen sidder 10 min i ro på en cykel, og har Douglas-sækken tilsluttet de sidste 5 min. Når de måler energistofskiftet i arbejde, starter de

27

Menneskets fysiologi, 2005 s. 234

28

Menneskets fysiologi, 2005 s. 234

29

http://www.viasyshealthcare.com/prod_serv/prodDetail.aspx?config=ps_prodDtl&prodID=3

30

Menneskets fysiologi, 2005 s. 238

FIGUR 4: DOUGLAS-SÆK

Side 11

10 ud med 5 min opvarmning, og derefter kører de to 10-minutters intervaller, hvor de har forskellige belastninger. Belastningen i første arbejdsperiode svarer til en pulsfrekvens mellem 110-140 slag pr. minut, og i anden arbejdsperiode til en pulsfrekvens mellem 140-160 slag pr. minutter.

Douglas-sækken er tilsluttet de sidste 2-3 minutter i de arbejdende perioder. [31]

MÅLING AF ENERGISTOFSKIFTET PÅ AGATUDSER (BUFO MARINUS) I HVILE OG

ARBEJDE

På Århus universitet fik jeg mulighed for at undersøge seks tudsers energistofskifte i samarbejde med professor i Zoologi Tobias Wang. Måden et tudse- og menneske energistofskifte ændrer sig ved overgangen fra hvile til arbejde, er i princippet det samme, og resultaterne kan derfor bruges til at undersøge, hvordan energistofskiftet ændrer sig ved fysisk aktivitet. Forsøget med agatudserne minder meget om Douglas-sæk-metoden, men der er nogle afvigelser i måden man måler O niveauet på, så udregningerne jeg laver, er lidt anderledes. Fx kan man ikke tilslutte en

2

Douglas-sæk på en tudse, og ligeledes har vi ikke kunne benytte pulsmålere.

Forsøgsvejledning: Tudserne sidder i hver deres beholder i et varmeskab, som holder deres kropstemperatur ved 35°. Når forsøget ikke er i gang, er låget til beholderen hullet, så O -nivuaet

2 er det samme som i atmosfæriskluft. Under måling af den basale metaboliske rate ved tudser, gælder de samme standardbetingelser som for mennesker, og tudsen har derfor bl.a. ikke fået føde de sidste 12 timer. Når forsøget begynder, tages tudserne hurtigt ud af varmeskabet, hvorefter låget i beholderen skiftes til et lukket låg, som sørger for, der er helt lufttæt i beholderen. Tudserne er kun ude i kort tid, da vi ved, at stress og temperaturforandringer kan øge

31

http://www.aki.ku.dk/MennesketsFysiologi/oevelse5.pdf s. 11-12

BUFOMARINUS. TUDSE NUMMER 1

Side 12

11 energistofskiftet. Iltniveauet måles efter tudsen har været i beholderen 50 min. Der viftes nyt luft ind i beholderen, så vi igen har det samme iltniveau, og forsøget gentages 3 gange, for at få det så præcist som muligt. Derefter måler vi energistofskiftet i arbejde. Tudsen tages igen ud af varmeskabet og låget skiftes. Beholderen bliver rullet på bordet, så tudsen begynder at arbejde.

Det gør vi kun en gang i 3 min, da den skal kunne yde sit maksimum, og sandsynligvis ikke ville kunne øge intensiteten af arbejdet ved endnu et forsøg.

Da jeg kun vil udregne energistofskiftet for én tudse, inddrager jeg kun målinger fra tudse 1:

Tudse Eksperiment Tryk Tudsevægt Beholderens mL gas I O2 O2 Tid nummer (mmHg) (g) rumfang start slut (min)

(mL) beholderen

1 Hvile 1 745 215,8 3000 2784,2 0,2096 0,2062 50

Hvile 2 745 215,8 3000 2784,2 0,2097 0,2063 52

Hvile 3 744 215,8 3000 2784,2 0,2096 0,2067 50

Arbejde 744 215,8 3000 2784,2 0,2096 0,2054 3

TABEL 2: MÅLINGER FRA TUDSE 1. UDDRAG AF FORSØGSRESULTATER FRA MÅLING AF ENERGISTOFSKIFTET I TUDSER VED HVILE OG ARBEJDE. SE BILAG FOR ALLE RESULTATERNE.

Energistofskiftet angiver vi med denne metode i V_{02}. Når vi måler det i arbejde, vil det ikke kun

̇ være i den stationære periode og beregningerne vil derfor ikke være helt nøjagtige.

                                              ⎜
                                              ⎝
        ̇
For at findeV , skal man bruge formlen: ( ) slutOstartO ⋅−
        02
                                                    tid

ttudsensvæg)1000/(

⎟

⎜ ⎟

⎠

⎛ beholderen I gas mL ⎞

22

Udregningerne bliver:

                                    ⎜
                                             )1000/8,215(
                                    ⎝                     − 1
V i hvile 1:             ( )    2062,02096,0 = ⋅− 8773,0 ×LO min
                                                      2
                                         50

o2

⎛ 2,2784 ⎞

⎟

⎜ ⎟

⎠

Side 13

12

                                     ⎜
                                             )1000/8,215(
                                     ⎝                     − 1
V i hvile 2:             ( )    2063,02097,0 = ⋅− 8436,0 ×LO min
                                                       2
                                         52

o2

⎛ 2,2784 ⎞

⎟

⎜ ⎟

⎠

                                     ⎜
                                             )1000/8,215(
                                     ⎝                     − 1
V i hvile 3:             ( )    2063,02097,0 = ⋅− 7483,0 ×LO min
                                                      2
                                         50

o2

⎛ 2,2784 ⎞

⎟

⎜ ⎟

⎠

                                     ⎜
                                              )1000/8,215(
                                     ⎝                     − 1
V i arbejde:              ( )    2054,02096,0 = ⋅− 06,18 ×LO min
                                                      2
                                          3

o2

⎛ 2,2784 ⎞

⎟

⎜ ⎟

⎠

Da vi har målt energistofskiftet i hvile 3 gange, tager jeg gennemsnittet af de 3 V værdier i hvile:
                                                                 02

̇

= 8231,0_{2} ×LO min

3

++     )7483,08436,08773,0(
                        − 1

Ud fra V kan vi nu beregne energistofskiftes størrelse i kJ, ved at multiplicere V med iltens
       02                                                            02

̇ ̇ energiske værdi. [32] Iltens energiske værdi er et udtrykt for den mængde energi, som frigøres fra næringsstofferne ved brug af 1 l O

2

. Så da alle næringsstoffer (fx kulhydrater, fedt og protein) har en forskellig fysiologisk brændværdi, kræver det i teorien, at man ved hvor meget af de forskellige næringsstoffer, som bliver forbrændt. Når man udregner med mennesker, har mange praktiske

forsøg vist, at iltens energiske værdi på en almindelig blandet kost vil være 20 kJ × 1 O^{-1} både i

2 hvile og arbejde. Tudsens kost og bestanddele er selvfølgelig anderledes end mennesker, men da

det ikke er angivet, hvad iltens energiske værdi generelt er for tudsens føde, går vi ud fra 20 kJ × 1
O^{-1} når vi omregner det til kJ.

2

                                                                           − 1
Energistofskiftet i hvile bliver:                                      ⋅=⋅ kJ min46,,0

                                                                          − 1
Energistofskifte i arbejde bliver:                                    ⋅=⋅ kJ min2,3612006,18

Tallene viser, at tudsens forbrug af kJ per min er ca. 22 gange så stort i arbejde i forhold til hvile. I tabel 1 fremgik det, at mennesker ved langrends konkurrence havde en 17 gange så stor

32

http://www.aki.ku.dk/MennesketsFysiologi/oevelse5.pdf s. 14

Side 14

13 forbrænding i arbejde i forhold til hvile. Resultaterne ligger dermed ikke urealistisk fra menneskers, men en grundigere sammenligning vil ikke give nogle brugbare resultater, grundet mennesker og tudsers forskellige fysiologi.

STOFSKIFTEKONDITION

Stofskiftekondition eller metabolisk fitness er et forholdsvis nyt begreb, der kun har eksisteret omkring det sidste årti. [33] Stofskiftekondition kan forbedres ved selv lav til moderat intensitet. Lav intensitet er en meget afslappende aktivitet, hvor bevægelserne er langsomme, og intensitet er i mellem 30-40 % af kroppens maksimale iltoptagelse. Moderat intensitet kan være relativt let arbejde, hvor man føler sig varm, men uden at føle sig anstrengt og svarer til ca. 50-60 % af kroppens maksimale iltoptagelse. Ved kredsløbskondition, som ofte er ved høj intensitet, vil det også påvirke stofskiftekondition. Derimod har stofskiftekondition ikke en væsentlig effekt på den

                   34
maksimale iltoptagelse.

For at forstå, hvad stofskiftekondition er, skal man ikke kun tænke på muskulaturen som værende en vigtig del af vores bevægelsesapparat, men samtidig også som et stofskifteorgan. Muskulaturen har betydning for vores fedtstofskifte, kulhydratstofskifte og proteinstofskifte – ikke kun i musklerne, men i hele kroppen. Det er stadig et emne, der forskes meget i, og hvordan det præcist hænger sammen, er ikke fastslået endnu. Dr.med Bente Klarlund Pedersen, forfatter af bogen ”Motion på recept”, har den teori, at musklerne producerer signalstoffer, som kaldes myokiner.

Myokinerne føres rundt i kroppen via blodbanen, og kan påvirke andre organers stofskifte, som fx hjernen, leveren og bugspytkirtelen. Aktivitet i muskler forøger produktion af myokiner og dermed stofskiftet - ligegyldig hvilken intensitet arbejdet foregår i [35]

33

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 34

34

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 36

35

Recept på motion – motion som behandling, 2005 s. 40

Side 15

14

Udover at stofskiftekondition har noget at gøre med produktionen af myokiner, er det også et udtryk for, hvor aktive mitokondrierne er, og dermed hvor meget enzym de producerer. [36] Inden for emnet stofskiftekondition kan man derfor snakke om dårlig og god stofskiftekondition. For at måle, hvordan ens stofskiftekondition er, skal man undersøge antallet af mitokondrierne og enzymer i musklen. Det kræver dog en muskelbiopsitagning, hvilket giver ubehag for

                37
forsøgspersonerne.

MUSKELFIBRES BETYDNING FOR STOFSKIFTEKONDITION

For at sikre sig en god stofskiftekondition, skal man altså sørger for at holde sig aktiv. Intensiteten kan som nævnt sagtens være lav, men det er på den anden side vigtigt, at man træner ofte.

Undersøgelser viser, at man minimum skal udføre 30 minutters fysisk aktivitet dagligt, hvis man vil forbedre sin stofskiftekondition. Det er bl.a. fordi, både antallet og aktiviteten af mitokondrierne i fibrene øges ved regelmæssig fysisk træning, og dermed også ens stofskiftekondition. [38] Stofskiftkondition kan forøges både i de røde type 1-fibre og i de hurtige hvide type 2-fibre (både type 2a fibre og type 2x fibre). Forskellen i fibre typerne er bl.a., hvor mange mitokondrier de indeholder, hvilket er det interessante aspekt, når man snakker om stofskiftekondition. Som det fremgår af figur 5, har de røde type 1 fibre flest mitokondrier, hvorimod type 2x fibre har få.

Derimellem er type 2a fibre, som har et antal af mitokondrier, der ligger mellem de to typer.

Forholdet mellem de røde og hvide fibre er i mennesker typisk fifty-fifty, men det kan være meget forskelligt fra individ til individ. Nogen er født med flere røde end hvide, men hvordan fordelingen i mellem muskelfibrene er, hænger betydeligt sammen med ens fysiske aktivitet. [39]

Efter hvilken motionsform man udføre, vil antallet og aktiviteten af mitokondrierne blive ændret – nogle gange ved at fibre typen ændres.

Dyrker man ingen motion, vil mange af de langsomme røde fibre omdannes til de hurtige hvide fibre, og de type 2a fibre man har, vil omdannes til type 2x fibre. Dermed vil antallet af mitokondrier falde, hvilket er med til at give en dårlig stofskiftekondition. Styrketræning vil

36

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 34

37

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 35

38

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 35

39

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 14

FIRGUR 5: MUSKELFIBRE

Side 16

15 bevirke, at andelen af hvide type 2a fibre vil stige, både på bekostning af de røde 1-fibre og type 2x fibre. Det vil især være ved styrketræning med stor belastning. Samtidig vil der ske en forøgelse af mitokondrierne i type 2 fibrene, så stofskiftekondition vil forøges. [40] Konditionstræning vil forbedre fibrene, så de indeholder flere mitokondrier og producerer flere enzymer. Det vil gøre det nemmere for musklerne at bruge fedt som brændstof, hvilket også er med til, at trænede muskler har en større udholdenhed. Antallet af de røde type 1 fibre vil være konstant. [41] Ved stofskiftekondition, vil man forbedre de røde type 1-fibrene, så de kommer til at indeholde flere mitokondrier og flere enzymer. Træningen af de røde fibre, menes at have betydning for forebyggelse af en række sygdomme, deriblandt diabetes, åreforkalkning og hjertesygdomme.

Forklaringen på det er, at man kan træne dem til bedre at transportere sukker og fedt, og øge

tætheden af små blodkar (kapillærer)^{42}

FYSISK INAKTIVITET I ET SUNDHEDSPERSPEKTIV

Sætter man sig igen foran fjernsynet og dropper at motionere, kommer det til at påvirke den generelle sundhed. Det gælder ikke kun for dem der lider af overvægt, men også for dem der har en sund og normal kropsvægt og har styr på balancen i kalorieindtag. Det er vigtigt man husker på, at fysisk inaktivitet er en kategori for sig selv, og man derfor skal skelne mellem fysisk inaktivitet

og overvægt.^{43}

I en undersøgelse foretaget af amerikanske og finske forskere, blev det offentliggjort, at individets risiko for at dø for tidligt (af alle årsager), bliver fordoblet ved mangel på motion. Ved fysisk inaktivitet menes der både mangel på kredsløbskondition og stofskiftekondition. Det gør fysisk inaktivitet en risikofaktor på linje med rygning, og usundere end almindelig overvægt, som har en øget risikofaktor på 1,3. [44] Forklaringen på det er, at fysisk aktivitet sænker kolesterolnivueauet i blodet, øger musklernes følsomhed overfor insulin, øger blodstrømningen i kar, ændrer størkningsfaktor og nedsætter blodtrykket. Derudover påvirker især kredsløbskondition også ens almene velbefindende i forhold til sindsstemning, fedtprocent i kroppen og generelle

40

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 15

41

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 15

42

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 14

43

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 52

44

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 53

Side 17

16 udholdenhed. [45] Får man derfor ikke rørt sig, har man større risiko for sygdomme som diabetes

                                                    46
type 1+2, hjerte-kar-sygdomme, depression, overvægt og kræft.

Hjerte-kar-sygdomme, som skyldes åreforkalkning, påvirkes positivt af fysisk aktivitet, ved at det øger blodstrømning i karrene. Ved tilfælde af åreforkalkning er karrene ofte mere stive, hvorved blodstrømningen i hjertet bliver besværliggjort. Når blodstrømningen øges, vil der komme tryk på karvæggen. Dette tryk stimulerer karvæggen til at danne nitrogenoxid, hvorefter blodkarrene udvider sig, og blodstrømningen bliver bedre. Fysisk aktivitet for at forebygge åreforkalkning, kan udføres ved alle intensiteter, imens folk med hjertekarsygdomme, anbefales lav til moderat intensitet (rask gang), så man ikke lægger for stort tryk på blodstrømning, hvis der i forvejen er

                   47
indsnævringer i karrene

AKTIVERING AF GENER

En anden og lidt mere kompliceret mekanisme, som gør, at sygdomme forebygges ved fysisk aktivitet, er aktivering af gener. At et gen er aktivt betyder, at der kan ske transskription og translation ud fra genet, og der dermed bliver dannet et protein ud fra det aktive genes kode.

Nogle proteiner skal dog yderligere binde sig til fx fosfatgrupper for at være aktiv. [48] Proteinet vil ud fra genets koder, bære en funktion, som kan have betydning for fx musklernes optagelse af sukker eller regulering af legemets fedtomsætning. Hvis vi ikke bruger vores muskler, vil proteinets

                            49
funktion dermed ikke blive udført.

Hvorfor brug af muskler fører til aktivering af gener, ved man meget lidt om. Et bud på hvordan det hænger sammen er, at forøgelsen af frit kalk (kalcium) i muskelcellen, som sker ved en muskelkontraktion, kan aktivere proteinet calcineurin. Proteinet calcineurin kan så aktivere proteinet NFAT, der bevæger sig ind i cellekernen, og dér aktiverer de pågældende gener.

Forskning har vist, at man ved at træne én gang danner nyt RNA, og at der i nogle tilfælde også vil dannes protein. Fortsætter man med regelmæssig træning over flere uger, vil mængden af mange

                     50
forskellige proteiner øges.

45

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s 126

46

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s 35

47

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 66

48

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 47

49

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 48

50

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 48

Side 18

17

Et eksempel på et af de gener, som aktiveres ved fysisk aktivitet af alle intensiteter, er IL-6, som har betydning for fedtstofskiftet og for virkningen af insulin. [51]

For at finde IL-6-proteinets funktion, har man oprenset det, og derefter givet det til mennesker. Der oplevede man både en øget fedtforbrænding og en hæmning af et signalstof, som er involveret i insulinresistens. Grundet IL-6- proteins virkning på insulinresistens, er det et af de proteiner, som er vigtige at få aktiveret, for folk med diabetes, og for at forebygge sygdommen. Pga. IL-6-proteinets funktion mht.

fedtforbrænding, mener Dr.med Bente Klarlund Pedersen, at det ikke er umuligt, at IL-6-proteinet kan blive en slags ”motion på flakse”, hvorved man kan ligge på sofaen og brænde kalorier, selvom det selvfølgelig ikke er idéen med hendes forskning. [52]

51

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 48

52

Recept på motion – motion som forebyggelse, 2003 s. 51

Side 19

18

KONKLUSION

Energistofskiftet er den mængde energi, som frigøres i kroppen, til dækning af alle cellers stofskifteprocesser. Den basale metaboliske rate (BMR), er kroppens energistofskifte i fysisk og psykisk hvile. Måden kroppen regulerer energistofskiftet på, er ved at udskille stofskiftehormoner fra skjoldbruskkirtlen. I cellen regulerer hormonerne proteinsyntesen, og dermed dannelsen af enzymer, som katalyserer cellens stofskifteprocesser. For at der ikke kommer for mange stofskiftehormoner i kroppen, reguleres udskillelsen ved dobbelt negativ feedback i hypofysen og hypothalamus. Energistofskiftet forøges under fysisk aktivitet. Størrelsen af energistofskiftet varierer efter, hvor hårdt arbejdet man udfører er, og dermed hvilken intensitet det udføres i.

En metode til at måle energistofskiftet som et iltforbrug, er Douglas-sæk-metoden. Kort fortalt er det en metode, hvor man ånder atmosfærisk luft i en sæk vha. en ventil, og derefter måler O CO

2, 2 og N forskellen i luften og i sækken. Tiden man ånder i sækken noteres. Ud fra de resultater, kan

2 man beregne energistofskiftet. Resultaterne fra målingerne af energistofskiftet med tudser i hvile

og arbejde, blev beregnet til, at tudsens energistofskifte var 16,46 kJ/min i hvile og 361,2 kJ/min i

arbejde.

Stofskiftekondition er en måde man træner mitokondrier til at være mere aktive og danne flere enzymer. Selv let til moderat fysisk aktivitet har en positiv virkning på stofskiftekonditionen og dermed på den generelle sundhed. Stofskiftekondition påvirker blodtrykket, blodets fedtstoffer og

insulin resistens, og er derfor vigtig for sygdomme som diabetes type1+2 og hjerte-kar-sygdomme.

Stofskiftekondition ved moderat intensitet påvirker ikke nødvendigvis kredsløbskonditionen, så det er vigtigt at pulsen kommer op engang i mellem, så man arbejder ved høj intensitet, da kredsløbskondition forebygger depression, fedme og øger den generelle udholdenhed.

Side 20

19

PERSPEKTIVERING

For at forbedre ens generelle sundhed, skal man have fysisk aktivitet, til at være en del af dagligdagen. Det kan være de små forandringer, som i det store hele giver en betydelige forbedring. Man kan tage turen op af trappen i stedet for elevatoren, lave maden selv i stedet for takeaway, cykle på arbejde eller i skole, gå hen til næste stoppested når man venter på bussen.

Samfundets udvikling går stik i mod, at vi skal bruge mere energi, så det er vigtigt at tænke over, hvordan man selv kan gøre mere for at være aktiv. Sundhedsstyrelsen anbefaler, at man som voksen bør være aktiv 30 minutter dagligt ved moderat intensitet. Børn og unge 60 minutter. For at opnå moderat intensitet kan det være nok at gå en rask tur, eller cykle på arbejde. Højere puls kræver det egentlig ikke. For at få danskerne i gang, har sundhedsstyrelsen i mange år lavet forskellige kampagner, som oplyser om, at vi skal i gang med at bevæge os. Sidst kampagnen ”Get moving pattebarn – før dine forældre får syge idéer”, som kom med gode ideer til, hvordan børn imellem 11-15 år, kunne være mere fysisk aktiv [53] Sundhedsstyrelsen mener ikke selv, at kampagnen kommer til at knække kurven for den stigende inaktivitet, men at den derimod kan være med til at skabe debat. [54]

For ikke kun at skabe debat, men derimod også øge den fysisk aktivitet i Danmark, tror jeg det vil være værd at overveje ”skræmmekampganer”, som har haft en dokumenteret effekt ved fx rygning [55]. Resultater fra år 2000 viser, at 7-8 % dødsfald er relateret til inaktivitet, og at fysisk inaktive ofte dør 5-6 år tidligere end aktive. [56]

Det gør fysisk inaktivitet til et ligeså stort sundhedsproblem i Danmark som rygning, hvilket jeg tror, de færreste personer er klar over. Et forslag til at reducere problemet kunne derfor være, at have kampagner med barske billeder, som samtidig indeholder relevant information om følgesygdommene ved fysisk inaktivitet. Lykkes det ikke at bremse udviklingen, risikerer vi i Danmark i løbet af det næste årti at stå med de samme massive problemer med overvægt og de ovenfor nævnte følgesygdomme som USA i bogstaveligste grad tynges af.

53

http://www.getmoving.dk/

54

http://www.metroxpress.dk/dk/article/2007/10/09/07/2909-66/index.xml

55

http://www.sst.dk/Nyhedscenter/Sundhedsfaglige%20kommentarer/2009/Skraemmekampagner%20virker.

aspx

56

http://www.niph.dk/upload/risikofaktorer_def.pdf s. 147

Side 21

20

LITTERATURHENVISNING

Bøger:

Bidstrup, Bodil Blem m.fl.: Fysiologibogen – den levende krop. Nucleus, 2008

Toft, Dr. Anthony: Stofskifte. Libris, 2005

Klarlund, Bente Pedersen: Recept på motion – motion som forebyggelse: Nyt nordisk forlag, 2003 Klarlund, Bente Pedersen: Motion på recept – motion som behandling: Nyt nordisk forlag, 2005 Nielsen, Oluf og Anni Springborg: Anatomi og fysiologi. Munksgaard Danmark, 2005

Schibye, Bente og Klus Klusen: Menneskets fysiologi – hvile og arbejde. FADL’s Forlag, 2005 Hjemmesider:

Den store danske:

http://www.denstoredanske.dk/Krop,_psyke_og_sundhed/Sundhedsvidenskab/Organl%C3%A6re
_og_speciel_histologi/skjoldbruskkirtel

Sundhedsoplysningen:

http://www.sundhedsoplysning.dk/kfs_handel/pdf/Motion/html/chapter02.htm

Institut for idræt:

http://www.aki.ku.dk/MennesketsFysiologi/oevelse5.pdf

Kampagne fra sundhedsstyrelsen:

http://www.getmoving.dk/

Statens institut for folkesundhed:

http://www.niph.dk/upload/risikofaktorer_def.pdf

Metro express:

http://www.metroxpress.dk/dk/article/2007/10/09/07/2909-66/index.xml

Sundhedsstyrelsens hjemmeside:

http://www.sst.dk/Nyhedscenter/Sundhedsfaglige%20kommentarer/2009/Skraemmekampagner%

20virker.aspx

Side 22

21

BILAG 1 – MÅLINGERNE FRA FORSØG MED TUDSER

Tudse Eksperiment Tryk Tudsevægt Beholderens O2 O2 slut Tid (min) nummer mmHg (g) rumfang (mL) start

1

Hvile 1 | 745 | 215,8 | 3000 | 2784,2 | 0,2096 | 0,2062 | 50
Hvile 2 | 745 | 215,8 | 3000 | 2784,2 | 0,2097 | 0,2063 | 52
Hvile 3 | 744 | 215,8 | 3000 | 2784,2 | 0,2096 | 0,2067 | 50

Arbejde | 744 | 215,8 | 3000 | 2784,2 | 0,2096 | 0,2054 | 3

2

Hvile 1 | 745 | 163,7 | 3000 | 2836,3 | 0,2097 | 0,2064 | 50
Hvile 2 | 745 | 163,7 | 3000 | 2836,3 | 0,2098 | 0,2067 | 52
Hvile 3 | 744 | 163,7 | 3000 | 2836,3 | 0,2096 | 0,2068 | 50

Arbejde | 744 | 163,7 | 3000 | 2836,3 | 0,2096 | 0,2064 | 3

3

Hvile 1 745 190,4 3000 2809,6 0,2096 0,207 50

Hvile 2 | 745 | 190,4 | 3000 | 2809,6 | 0,2096 | 0,2071 | 52
Hvile 3 | 744 | 190,4 | 3000 | 2809,6 | 0,2097 | 0,2077 | 50

Arbejde | 744 | 190,4 | 3000 | 2809,6 | 0,2096 | 0,2076 | 3

4

Hvile 1 | 745 | 199,5 | 3000 | 2800,5 | 0,2096 | 0,2075 | 50
Hvile 2 | 745 | 199,5 | 3000 | 2800,5 | 0,2095 | 0,2073 | 52
Hvile 3 | 744 | 199,5 | 3000 | 2800,5 | 0,2096 | 0,2075 | 50

Arbejde | 744 | 199,5 | 3000 | 2800,5 | 0,2096 | 0,2074 | 3

5

Hvile 1 | 745 | 172,1 | 3000 | 2827,9 | 0,2096 | 0,2067 | 50
Hvile 2 | 745 | 172,1 | 3000 | 2827,9 | 0,2097 | 0,2075 | 52
Hvile 3 | 744 | 172,1 | 3000 | 2827,9 | 0,2096 | 0,2071 | 50

Arbejde | 744 | 172,1 | 3000 | 2827,9 | 0,2097 | 0,2057 | 3

6

Hvile 1 | 745 | 143,9 | 3000 | 2856,1 | 0,2096 | 0,2069 | 50
Hvile 2 | 745 | 143,9 | 3000 | 2856,1 | 0,2096 | 0,2076 | 52
Hvile 3 | 744 | 143,9 | 3000 | 2856,1 | 0,2096 | 0,2077 | 50

Arbejde 744 143,9 3000 2856,1 0,2096 0,207 3