Träning av uthållighet – molekylärbiologisk teknik ger vetenskaplig evidens till nya

träningsmodeller.Kent Sahlin,Åstrandlaboratoriet, GIH

Upplägg:• Allmänt om kondition och uthållighet• Lite fysiologi och biokemi • Metodik• Nya experimentella studier

Varför ska man träna uthållighet/kondition?

• Undvika sjukdom• Må bättre• Förbättra kondition – orka mer• Prestation – tävling

Uthållighet på korta och långa distanser

Långa distanser (>10 min):Aerob uthållighet (syreupptag)

Korta distanser (<1-2 min):Anaerob uthållighet (mjölksyra)

Kondition:Maximal syreupptagningsförmåga

VO2max

Kräver labresurser

Kan uppskattas från puls:Åstrandstest

Prof. P-O Åstrand

Faktorer av betydelse för aerob uthållighet:

• Maximal syreupptagningsförmåga (VO2max)• Ämnesomsättning: minskad mjölksyra

ökad fettförbränning• Teknik• Mentala faktorer

Arbetsbelastning: t.ex. LöphastighetRelativ arbetsbelastning: %VO2max eller %maxPuls

Träningszoner:Mycket ansträngande:>85% VO2max el. >90% maxpuls

Ansträngande/lätt:70% VO2max el. 80% maxpuls

Lätt:50% VO2max el. 70% maxpuls

Uthållighet påverkas även av andra faktorer än VO2max

60

30

0

90Tränad

Otränad

% VO2max

Vid arbete på 70% VO2max (ca 80% av maxpuls)Otränad trött efter 40 min.Tränad (ej elit) trött efter 90 min

Minuters arbete

Effekter av träning

Träningsvolym / intensitet

TräningsstatusIndividens teoretiska maxnivå

otränad

tränadelit

Träningsbarhet beror på arv

Bouchard et al 1999: The Heritage Family Study

Olika typer av träning:• Distansträning – låg belastning under lång tid• Träning vid hög belastning under kort tid• Intervallträning• Kombinationsträning styrka-uthållighet• Nutrition/kosttillskott i samband med träning

Hur vet man vilken träningsmodell som är bäst?

• Praktisk erfarenhet• Träna som eliten• Specificitet: Träna på det man skall tävla i.• Vetenskaplig evidens:

– Longitudinella studier (samma individ – olika träningsmodeller)– Tvärsnittsstudier (olika individer – olika träningsmodeller)– Utvärdering av träningseffekten efter ett träningspass

med ny teknik.

Lite fysiologi: Transport av syre från luft till muskel

Central nivå:andninghjärta

Mellan-nivå:blodvolymhemoglobin

Muskel-nivå:små blodkärl (kapillärer) mitokondrier (motorn)

Mitokondrier: muskelns förbränningsmotor

I mitokondrierna sker förbränningen med hjälp av syre.Bränslet är huvudsakligen fett och kolhydrater.Processen ger energi till bl.a. arbete

Tonkonogi et al. J Physiol. 528:379-388, 2000.

0

5

10

15

20

25

30

35

40% Ökning

VO2max

Mitokondrievolym

6 veckors träning av otränade fp

Mitokondrier och träning.

Mitokondrier

VO2max

Henriksson et al 1975

Mitokondrier är färskvara.

Uthållighetsträning minskar mjölksyrabildningen.

Löphastighet (km/tim)

Ny metodik för att undersöka olika träningsmodeller

Ökad mängd mitokondrierFörbättrad prestation

1-3 tim efter ett träningspass

4-8 veckors träning

Ordergivning Instruktion

Resultat

Från DNA till mitokondrier Metodik för att bestämma träningseffekt:

• Muskelprovtagning.• Klassisk metodik (muskelprov före och efter 4-8 veckors träning):

Bestämning av mängd mitokondrier (oxidativ enzymaktivitet) och prestation.

• Ny metodik (muskelprov före och 3 tim efter ett träningspass): Bestämning av genmarkörer som signalerar mitokondriell tillväxt

Snabba och långsamma gener PGC-1alfa är en genetisk markör som signalerar bildning av mitokondrier

Ökad PGC-1alfa

Ökad bildning av mitokondrier Ökad fettförbränning

Ökad uthållighet

Perixosome proliferator-activated receptor γ coactivator 1α

Genetisk manipulation av möss:Ökad mängd PGC1alfa – superatletisk mus

Röd färg visar på muskler med mycket mitokondrier Uthålligheten ökar med 300%

Dopning???

Träningsstudier på människa där man har använt signalmarkören PGC-1alfa för att utvärdera olika träningsmodeller.

Tidsförlopp för muskelns PGC-1alfa efter ett träningspass:

Pilegaard 2005

Markör för bildning av mitokondrier (mRNA PGC-1alfa)

Diet med kolhydrater

Diet utan kolhydrater75 min cykling vid75% av VO2max9 fpMuskelprov före/efter

Slutsats: Bättre träningsanpassning om man undviker kolhydrater efter ett träningspass.

Sprintträning och aerob uthållighet

Sprintintervaller (4-7st 30 s cykling vid maxbelastning)

3,5 min

Försökspersoner: 8 fysiskt aktiva studenter: VO2max 45 ml O2/min/kg2 veckors träning: totalt 6 sessioner med 3,5 min arbeteTotal träningstid: 15 min

= Maximalt anaerobt arbete

Burgomaster et al J Appl Physiol 98: 1985-1990, 2005

Sprintträning och uthållighet

- Sprintträningen förbättrade uthålligheten vid 80% VO2max från 26 min till 51 min!!!!- Mängden mitokondrier ökade med 38%- VO2max oförändrad

Burgomaster et al J Appl Physiol 98: 1985-1990, 2005

MitokondrierUthållighet

Sprintträning med elitcyklister

Pre 2h Post

Sprintintervaller (7x30 s)~184% av VO2max

3,5 min

Pre 2h Post

Tröskelträning (3x20 min)~87% av VO2max

60 min

10 st cyklister på nationell elitVO2max 68 ml/min/kgJämförelse mellan två träningsmodeller

Psilander et al. Eur J Appl Physiol 2010

0

2

4

6

8

SIE IE

PGC-1α

mR

NA

leve

l (fo

ld c

hang

e)

**

0

2

4

6

8

SIE IE

PGC-1α

mR

NA

leve

l (fo

ld c

hang

e)

**

TröskelSprint

Sprintträning och uthållighet: resultatMarkör för bildning av mitokondrier(mRNA PGC-1alfa)

Sprintträning är lika effektiv som tröskelträning hos elit.

Psilander et al. 2010

SM

Träning med låga kolhydratdepåer

7 otränade fpTräningsstudie 10 veckors träning (träning 5 dagar, vila 2 dagar)

Ben 1: Träning 1 timme varje dag.Ben 2: Träning 2 timmar varannan dag

(dvs dubbel träning – låg halt kolhydrater i muskeln under sista timmen)

Hansen et al. J.Appl. Physiol. 2005

Träning med låga kolhydratdepåer ger bättre träningseffekt

Uthållighet (min) vid 90% VO2max

Låg Hög

Låg Hög

Oxidativa enzymer(mängd mitokondrier)*

*

Hansen et al. J.Appl. Physiol. 2005

Kolhydrater

Kolhydrater

Varför har man inte i tidigare forskning sett att kombinationsträning ger positiva effekter på muskelns mitokondrier?

Timing mellan passen kan vara viktig.

Design: 20 veckors träning • uthållighet (intervall)• styrka (benpress 6 sets 15-20 rps)2x 8 försökspersoner (fysiskt aktiva)Grupp A: kombinerad session styrka-uthållighetGrupp B: separata dagar med styrka resp. uthållighet

Resultat: Muskelns mängd mitokondrier ökade i grupp A (+25%) men ingen förbättring i grupp B.

Sale et al. Med Sci Sp Exerc. 1990 Grupp A Grupp B

20 st tränade fp (VO2max=54 ml/kg/min)20 st otränade fp (VO2max=45 ml/kg/min)4 veckors träning (65 min konditionsträning 5 d/v) med och utan antioxidanter (vit C, vit E)

Markör för muskulär oxidativanpassning (mRNA PGC-1alfa)

Träning och antioxidanter

Ristow et al. PNAS 2009

Summering:• PGC-1alfa är en markör för hur förbränningsmotorn

anpassar sig till träning.• Intervallarbete med en hög intensitet ger snabb

träningseffekt.• Kolhydrater efter ett träningspass försämrar

träningseffekten.• Träning med låga kolhydratdepåer i muskeln

förbättrar träningseffekten.• Styrketräning efter konditionsträning kan förstärka

träningseffekten.• Antioxidanter kan försämra träningseffekten.

Medarbetare:

Per BerthelssonEva BlomstrandMikael FlockhartHenrik MascherMarjan Pontén

GIHHögskolan i Dalarna. LIVI

Michail TonkonogiJens Westergren

Niklas PsilanderLi Wang