Innføring i treningsfysiologi (9788245037944) by Fagbokforlaget

Innholdsfortegnelse

Oppvarming 9

Del 1

Funksjonell anatomi og kroppens fysiologiske responser på fysisk aktivitet

Kapittel 1

Energiomsetningen

Kapittel 2

Respirasjonssystemet

Kapittel 3

Sirkulasjonssystemet

Kapittel 4

Det nevromuskulære systemet

Kapittel 5

Hormonsystemet

Del 2

Kroppens tilpasninger til trening

Kapittel 6

Prinsipper for trening og tilpasning

Kapittel 7

Trening av utholdenhet

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

177

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

Kapittel 8

Trening av styrke og hurtighet

Kapittel 9

Trening i høyde, varme og kulde

Kapittel 10

Når treningen ikke virker

Forkortelser og kjemi

Illustrasjonsliste

8 Innholdsfortegnelse

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

313

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 Forfattere 319

Oppvarming

Menneskekroppen er sammensatt av milliarder av celler som samarbeider om å skape et menneske. Cellene er spesialisert for å løse ulike oppgaver, og de kommuniserer for å opprettholde et stabilt miljø i cellene samtidig som de samarbeider om å møte endringer i omgivelser og utfordringer. Selv om det foregår mange kompliserte prosesser i kroppen, er prinsippene for regulering og tilpasning av de ulike cellene relativt like.

I denne læreboka legger vi grunnlaget for å forstå dette. Vi forklarer kroppens anatomiske oppbygging, funksjon i hvile, fysiologiske responser under fysisk aktivitet og tilpasninger av trening. Boka favner treningsfysiologi på en helhetlig måte og har som målsetting at leseren skal sitte igjen med grunnleggende kunnskap og kompetanse om følgende temaer:

• Kroppens funksjonelle anatomi og dens fysiologiske responser på ulike former for fysisk aktivitet og trening

• Energiomsetningen og hvordan energi bidrar til å skape og opprettholde bevegelse

• Akutte responser og kroniske treningstilpasninger i respirasjonssystemet, sirkulasjonssystemet, det nevromuskulære systemet og hormonsystemet

• Fysiologiske tilpasninger av fysisk aktivitet og trening, herunder trening av aerob og anaerob utholdenhet, styrke og hurtighet

For å gjøre boka til et godt læringsverktøy har vi eksemplifisert faglige prinsipper gjennom å gi leseren refleksjonsoppgaver og forslag til praktiske øvelser underveis i teksten. Målet med dette er å koble teori og praksis, og dermed øke studentenes læringsutbytte. Vi mener at dette vil bidra til effektiv læring, samtidig som vi ønsker å utvikle studentenes nysgjerrighet og deres evne til å reflektere over hvordan fysisk aktivitet og trening kan forbedre menneskers funksjon.

Målsettingen er å danne et godt faglig grunnlag for å anvende kompetansen i praktisk arbeid med ulike målgrupper – fra pasienter til toppidrettsutøvere. De ulike fysiologiske systemene er komplementære og har et unikt samspill for å møte fysiske utfordringer og tilpasse vev og organer til fysisk aktivitet og trening. Vi har valgt å dele opp denne boka i kapitler som behandler de ulike systemene separat, samtidig som vi forsøker å synliggjøre samspillet. Dette gjør at enkelte fagbegreper benyttes før de er grundig introdusert, definert og forklart i påfølgende kapitler. For å sikre at leseren skal kunne følge og forstå teksten, har vi derfor laget henvisninger til andre kapitler som beskriver de mest sentrale fagbegrepene.

For å forenkle stoffet og øke lesbarheten har vi valgt å skrive boka uten å inkludere spesifikke referanser underveis. Vi har tatt oss friheten å sammenfatte forskningslitteraturen på en helhetlig måte, samtidig som vi har benyttet anerkjente eksperter innen hvert av de ulike fagfeltene til å kvalitetssikre innholdet. For at studentene skal kunne fordype seg videre, har vi imidlertid laget forslag til relevant fordypningsmateriale i etterkant av hvert kapittel.

10 Oppvarming

Del 1

Funksjonell anatomi og kroppens

fysiologiske responser på fysisk aktivitet

Evolusjonen har bidratt til å spesialisere menneskekroppens celler og deres samarbeid slik at vi effektivt kan bevege oss og tilpasse oss nye omgivelser.

Kroppens unike anatomi og dens responser i møte med fysiske utfordringer har gitt oss muligheten til å overleve farlige situasjoner, tilpasse oss ulike klimatiske forhold, skaffe mat og reprodusere oss. Grunnlaget for dette er at kroppens celler danner vev, organer og organsystemer som samarbeider om å møte utfordringer og over tid tilpasser kroppens funksjoner til å møte disse.

De ulike systemene som regulerer vår funksjon under fysisk aktivitet, er gjensidig avhengig av hverandre for å løse oppgavene, og de må derfor forstås i sammenheng. Før vi går dypere inn i ulike effekter av fysisk aktivitet og trening, vil vi derfor starte med å beskrive de ulike organsystemene som bidrar til å skape og opprettholde bevegelse.

Det grunnleggende prinsippet i treningsfysiologien er nettopp at kroppen tilpasser seg spesifikt til de miljøer og stimuli den møter, både på kort og lang sikt. Når vi starter å løpe, vil vi derfor puste mer for å mette blodet med oksygen (O2) og fjerne karbondioksid (CO2), mens hjertet slår fortere og hardere for å pumpe O2 og næringsstoffer til de arbeidende musklene. Musklene settes i stand til å bryte ned næringsstoffene og frigi energi som benyttes til å skape ytre arbeid og bevegelse. I etterkant av aktiviteten vil kroppen raskt prøve å normalisere cellemiljøet, en periode vi kaller restitusjonsfasen. Dersom aktiviteten har vært belastende nok og gjentas over tid, vil kroppen prøve å tilpasse de strukturene som kommer i ubalanse under treningen. Forutsetningen er at vi har tilstrekkelig med ressurser til at trening kan føre til en fysiologisk tilpasning. Dette gjør at tilsvarende arbeid over tid blir lettere og kan opprettholdes lenger, eller at vi evner å utføre et større arbeid. Grunnlaget for bevegelse er at nervesystemet gir musklene beskjed om å trekke seg sammen slik at de kan bevege skjelettet og utvikle kraft. En forutsetning for

Cellekjerne

Mitokondrier

Cytosol

Endoplasmatisk retikulum med ribosomer

En generell modell for celler vi finner hos mennesker, der de viktigste cellestrukturene for muskelaktivitet og energiproduksjon er fremhevet. Cellemembranen, som avgrenser cellen, inneholder proteiner som virker som ionekanaler eller reseptorer for signalstoffer, og som er avgjørende for kommunikasjon og stoffutveksling. Cytosol er den geléaktige væsken innenfor membranen som omslutter organeller som cellekjernen, mitokondrier og endoplasmatisk retikulum med ribosomer. Cellekjernen inneholder arvematerialet, mens mitokondriene blant annet forsyner cellen med energi. Endoplasmatisk retikulum er et nettverk av membranrør og -vesikler som er involvert i syntese og transport av proteiner og lipider. Ribosomene på overflaten til endoplasmatisk retikulum er spesielt viktige for produksjon av proteiner som skal eksporteres fra cellen eller inngå i cellemembranen.

at dette skal vedvare, er at det dannes energi som cellene kan nyttiggjøre seg. Energien får vi fra energirike næringsstoffer, for eksempel fett og karbohydrater, som spaltes til mindre enheter eller forbrennes. Spaltingen og forbrenningen av næringsstoffer til energi under fysisk aktivitet gjør at miljøet inne i og rundt muskelcellene endrer seg. Parallelt aktiveres kroppens kommunikasjonssystem, nervesystemet og hormonsystemet, og ventilasjonen øker, blodet sirkuleres, mettes med O2 (der kapillærene møter lungeblærene) og transporteres til musklene. Blodet går også gjennom ulike organer som holder miljøet i blodet og cellene ved like. I del 1 av boka gir vi en grunnleggende innføring i dette unike samspillet. Før vi går dypere inn i de ulike systemene, vil vi også presentere noen grunnprinsipper som er sentrale å forstå når vi skal lære om kroppens reguleringssystemer. Vi starter med begrepet homeostase, som defineres som organismens opprettholdelse av konstante og stabile fysikalsk-kjemiske forhold. Dette vil si kroppens opprettholdelse av surhetsgrad, temperatur og kjemiske forhold i og rundt cellene. Under fysisk aktivitet vil imidlertid de involverte systemene

Cellemembran

møte utfordringer som skaper ubalanse i cellemiljøet. I etterkant av trening og fysisk aktivitet vil hjerte, lunger, muskler og nyrer bidra til å reetablere et stabilt cellemiljø, noe cellene er avhengig av for å fungere normalt og overleve.

Dette fordrer en grunnleggende forståelse av hvilke prosesser som skjer i en celle for å opprettholde liv: Næringsopptak og celleånding for å få frigjort energi i næringsstoffer, kvitte seg med avfallsstoffer, omdanne stoffer og bygge opp ulike strukturer som er nødvendig for cellene, transport av nødvendige molekyler inn og ut av cellene, DNA-replikasjon og celledeling for å sikre at cellene kan formere seg og erstatte skadede eller døde celler. Proteinsyntesen, som produserer enzymer, strukturproteiner og signalproteiner, er avgjørende for at cellenes funksjon tilpasser seg. Kommunikasjon mellom celler skjer gjennom ulike mekanismer, som hormoner og nevrotransmittere, og gjennom celle-tilcelle-kontakt. Disse kommunikasjonsprosessene muliggjør koordinering av cellenes aktivitet og regulering av vekst, differensiering og respons på miljøet. De ulike typer vev i kroppen, som muskelvevet, bygges opp, brytes ned og holdes ved like av prosessene som skjer i cellene. Vevet kan brytes ned gjennom celledød, enzymer og betennelse, mens vedlikehold av vev inkluderer reparasjon, erstatning av celler og opprettholdelse av cellebalanse gjennom en kontinuerlig regulering av cellemiljøet. Disse prinsippene sørger for at vevet i kroppen tilpasser seg over tid,

Kapittel 1

Energiomsetningen

Læringsmål

• Du har grunnleggende kunnskap om energiomsetningen.

• Du skal kunne forklare hvordan næringsstoffer omsettes, og hvordan energi bidrar til å skape og opprettholde bevegelse.

Alle levende celler er avhengig av å få tilført energi for å kunne opprettholde basale funksjoner, utføre arbeid, vokse eller endre funksjon. Energi er derfor grunnlaget for å kunne utføre bevegelser, men også for at kroppen skal tilpasse seg i etterkant av aktiviteten. Et viktig prinsipp er at energimengden i et lukket system er konstant, men at energi kan endre form og overføres mellom systemer i kroppen. Grunnlaget for bevegelse er nettopp at energi, enten direkte fra næringsstoffer i mat og drikke som kroppen fordøyer, eller via mellomlagring i kroppens egne lagre, kan overføres til energirike molekyler i musklene som gjør det mulig for musklene å trekke seg sammen og dermed skape ytre arbeid. Hos mennesker brytes næringsstoffene ned til CO2 og vann, samtidig som energi frigjøres i cellene. Den frigjorte energien omdannes til varme for å opprettholde kroppstemperaturen (termisk energi), elektrisk energi til hjernen og nervesystemet, mekanisk energi ved muskelarbeid og til kjemisk energi for oppbygging og reparasjon av ulike typer celler i kroppen.

Energibæreren ATP

I alle organismer er det molekylet adenosintrifosfat (ATP) som er bæreren av energi. ATP har tre fosfatmolekyler med energi i bindingene som utløses ved at fosfatgrupper spaltes av, først til adenosindifosfat (ADP) og så til adenosinmonofosfat (AMP).

muskelarbeid

Figur 1.1 Adenosintrifosfat (ATP) består av adenosin (A) og tre fosfatmolekyler (P) og dannes ved at energi fra nedbryting av næringsstoffer overføres til ATP-syntese. Bindingene mellom fosfatmolekylene (P) inneholder store mengder energi. Når en fosfatgruppe (P) spaltes fra ATP til adenosindifosfat (ADP) og et fritt fosfatmolekyl, frigjøres energi som kan brukes til muskelaksjoner.

For at musklene skal være i bevegelse, kreves energi. Muskelcellene inneholder et lite lager med ATP som er tilstrekkelig til 1–2 sekunders maksimalt arbeid, men siden ATP gjendannes kontinuerlig, blir likevel cellene aldri tomme for ATP. Siden muskelcellene inneholder svært lite ATP, finnes det effektive systemer for å gjendanne ATP. Samtidig som en muskelsammentrekning begynner, igangsettes gjendannelsen av ATP.

Energien frigjøres når ATP går over til å bli adenosindifosdat (ADP). ADP skiller seg fra ATP ved at det har ett fosfatmolekyl (P) mindre og har lavere energinivå. Konsentrasjonen av ADP i cellen stiger når cellen bruker mer ATP enn den lager, noe som stimulerer cellens dannelse av ATP fra ADP. ADP kan videre brytes ned til adenosinmonofosfat (AMP) ved å fjerne enda en fosfatgruppe: ADP AMP + P + energi.

Det er nødvendig med kontinuerlig energitilførsel, noe som sikres gjennom energiomsetningsprosesser som kan foregå med eller uten forbruk av O2, kjent som aerob og anaerob energiomsetning. Den aerobe energiomsetningen skjer inne i muskelcellenes mitokondrier, og mengden energi, samt hastigheten på denne prosessen, avhenger i stor grad av hvor mye O2 kroppen kan ta opp og

16 Innføring i treningsfysiologi

ATP

varme ADP P + frigjør energi krever energi AP P P AP P P

transportere til den arbeidende muskulaturen per tidsenhet. Det eksisterer en øvre grense for hastigheten til den aerobe ATP-produksjonen, og det resterende energibehovet dekkes av anaerob energiomsetning. Anaerob energiomsetning har imidlertid begrenset kapasitet og fører til rask tretthet i muskulaturen.

Dette skal vi komme tilbake til senere i kapittelet, men først skal vi beskrive de ulike næringsstoffene som kan brytes ned, og energiverdien i mat.

1.1 Næringsstoffer og energiverdien i mat

For å opprettholde ATP-nivået i muskelcellene kreves det energi fra næringsstoffer som vi har tilført kroppen gjennom kosten. Energien kan enten omsettes direkte etter fordøyelse av maten, eller den lagres først i kroppens energilagre for senere bruk. Næringsstoffene er grunnstoffer og kjemiske forbindelser som tas opp av kroppen, og som tilfører energi, opprettholder cellefunksjoner eller er byggesteiner for vekst. Det er vanlig å skille mellom energigivende næringsstoffer og ikke-energigivende næringsstoffer. Makronæringsstoffer er en samlebetegnelse på de energigivende næringsstoffene karbohydrater, fett, proteiner og alkohol.

Matens energiinnhold

Den internasjonalt vedtatte enheten for å kvantifisere energi er joule (J), selv om vi innen ernæring og treningsfysiologi som regel bruker kalorier (1000 kalorier = 1 kilokalori (kcal)). 1 kJ = 0,239 kcal. 1 kcal = 4,184 kilojoule (kJ). En joule er den energimengden som kreves for å utøve en kraft på 1 Newton over en distanse på 1 meter, mens en kalori er mengden energi som kreves for å varme opp ett gram vann én grad, fra 14,5 til 15,5 °C, under én atmosfæres trykk.

Matens energiinnhold er i hovedsak avhengig av forholdet mellom de energigivende næringsstoffene fett, proteiner og karbohydrater. I tillegg kan alkohol bidra med litt energi, men kan ikke lagres som glykogen og er mindre relevant for fysisk aktivitet. Energien fra disse makronæringsstoffene beregnes som følger:

• 1 g fett gir 9,08 kcal

• 1 g protein og karbohydrater (stivelse og sukker) gir 4,06 kcal

• 1 g fiber gir 1,91 kcal

• 1 g alkohol gir 6,93 kcal

Kapittel 1: Energiomsetningen 17

Karbohydrater

Karbohydrater er menneskets viktigste energigivende næringsstoff og har mange viktige oppgaver i kroppen vår. Karbohydrater utgjør hoveddelen av vårt daglige kosthold og gir den raske energien kroppen trenger under intens trening. Visse vev i kroppen er avhengig av karbohydrater som sin primære energikilde, men vi har kun begrensede karbohydratlagre. Derfor er det viktig å opprettholde et balansert inntak for å støtte kroppens energibehov. Karbohydrater kan være enten fordøyelige eller ufordøyelige. De fordøyelige karbohydratene kommer fra sukkerarter og stivelse, som er de viktigste energikildene. Karbohydratene deles inn i grupper etter hvor store og komplekse molekyler de er. De enkleste kalles monosakkarider og er i hovedsak druesukker (glukose), fruktsukker (fruktose) og melkesukker (galaktose), samt disakkarider som består av to monosakkarider, i hovedsak sukrose, maltose og laktose. Disse utgjør det vi kaller sukker, alternativt sukkerarter. Stivelse består av lange kjeder av glukosemolekyler (monosakkarider) og er et polysakkarid. Stivelse forekommer i to hovedformer: amylose og amylopektin. Amylose består av lange, rette kjeder med glukosemolekyler. Amylopektin er derimot forgrenet.

Glukose er kroppens viktigste energikilde, og vi har alltid en viss konsentrasjon av glukose i blodet (ofte kalt blodsukker). Fordøyelige karbohydrater blir brutt ned til det enkle sukkeret glukose, som kan transporteres i blodet til cellene som trenger det, eller til lagring i muskler eller leveren som det mer komplekse sukkermolekylet glykogen. Glukose fra blodet er tilgjengelig som umiddelbar energikilde for alle celler i kroppen. Glukosenivået holdes nøye regulert gjennom hormoner som insulin og glukagon for å sikre stabil tilførsel av energi til cellene.

Glykogen lagret i leveren må brytes ned til glukose for å kunne transporteres i blodet til cellene som trenger det. Også sukrose og laktose, som inneholder henholdsvis fruktose og galaktose, kan omdannes til glukose i leveren. Leveren er et viktig energilager for ulike vev i kroppen som ikke kan bruke annet enn karbohydrat som energi. Dette gjelder for eksempel hjernen. I energiomsetningen spiller altså glukose en sentral rolle ved å gi umiddelbar energi til cellene, mens glykogen dannes ved å knytte sammen mange glukosemolekyler og lagres i leveren og musklene. Når kroppen trenger mer energi enn det som er tilgjengelig fra det vi spiser, brytes glykogen ned til glukose for å opprettholde kroppens energibehov.

Kjemisk sett er sukker mono- eller disakkarider og stivelse polysakkarider, mens fiber er et polysakkarid som bare delvis kan fordøyes av mennesker. Monosakkaridene fra sukker og stivelse brytes ned gjennom en prosess kalt glykolyse, som beskrives senere i kapittelet, og oksideres deretter i mitokondriene gjennom en serie reaksjoner kjent som forbrenning eller celleånding.

18 Innføring i treningsfysiologi

Dette gir energi i form av ATP. Fiber brytes delvis ned av tarmbakterier, som gir noe energi i form av kortkjedede fettsyrer som tas opp og forbrennes i cellene.

Karbohydrater som energikilde

Karbohydratene er bygd opp av grunnstoffene karbon, hydrogen og O2 (i form av hydroksylgrupper og karbonylgrupper). Karbohydratene kan deles inn i tre hovedkategorier: monosakkarider, disakkarider og polysakkarider. Forskjellene mellom monosakkarider og polysakkarider ligger i antall sukkermolekyler, kompleksiteten av strukturen og deres funksjoner i kroppen. Monosakkarider er enkle sukkerarter, som glukose og fruktose som er den primære energikilden for cellene. De har en enkel molekylstruktur og kan ikke ytterligere hydrolyseres til mindre sukkerenheter (se for eksempel strukturen til glukose i figur 1.6 senere i kapittelet). Disakkarider dannes ved å binde to monosakkaridmolekyler sammen gjennom en kondensasjonsreaksjon. Eksempler på disakkarider inkluderer sukrose (bordsukker), laktose (melkesukker) og maltose (maltet sukker). Polysakkarider består av lange kjeder av monosakkarid-enheter som er bundet sammen. De har komplekse strukturer og funksjoner. Glykogen er et viktig polysakkarid som lagres i leveren og musklene hos dyr, og som fungerer som et energilager.

Helsedirektoratets anbefalte fordeling av de energigivende næringsstoffene i kostholdet hos voksne er at karbohydrat bør bidra med 45–60 % av energibehovet, mens fett bidrar med 25–40 % og protein med 10–20 %. For idrettsutøvere vil treningens innhold påvirke karbohydratbehovet, i tillegg til utøverens kroppsvekt. Energibidraget oppgis derfor ikke i prosent, men i kilokalorier. Dette betyr at behovet vil variere med treningsøktenes intensitet, varighet og hyppighet. Olympiatoppens generelle anbefalinger for karbohydratinntak (gram per kg kroppsvekt per dag) hos idrettsutøvere er som følger:

• Ved mindre enn 60–90 minutter trening per dag: 5–7 gram per kilo kroppsvekt per dag

• Ved mer enn 90–120 minutter trening per dag: 7–10 gram per kilo kroppsvekt per dag

• Ved ekstreme treningsperioder eller konkurranser (6–8 timer): 10–12 gram per kilo kroppsvekt per dag

Velfylte glykogenlagre hos veltrente personer rekker til 1,5–2 timers lavintensiv trening der det meste av energien kommer fra nedbryting av glukose, mens mindre godt trente har mindre lagre av glykogen i muskelcellene. Dess høyere

Kapittel 1: Energiomsetningen 19

intensiteten er, dess mer av energien kommer fra karbohydrater. Ved høy intensitet varer derfor glykogenlagrene kortere enn ved lav og moderat intensitet. Trening som varer lenge, vil «tømme» glykogenlagrene i musklene, og prestasjonen vil dermed reduseres. I praksis får man utnyttet opp til 75 % av glykogenlageret.

Karbohydratinntak under trening kan derfor forbedre prestasjonen ved å spare på glykogenlagrene i muskulaturen samt å holde blodsukkernivået mer stabilt. Påfylling av karbohydrater underveis i treningen vil bidra til at intensiteten kan opprettholdes lenger. Størrelsen på inntaket under trening og konkurranse avhenger av treningens intensitet (ved høy intensitet forbrennes altså karbohydrater raskere), treningens varighet (jo lenger en økt er, jo mer karbohydrat forbrennes) og inntak av karbohydrater før treningen startet. I tillegg vil høy temperatur, fuktighet og høyde føre til at karbohydrater forbrennes raskere.

Karbohydratinntaket under høyintensiv trening anbefales å være minst 30–60 gram per time, noe som tilsvarer 5–10 desiliter sportsdrikk eller to bananer. Hos enkelte som har «trent opp» tarmen til å absorbere mer, kan karbohydratinntaket økes ytterligere. Inntaket bør starte i løpet av de første 30 minuttene av økta og deretter tilføres hvert 15–20 minutt for å unngå at blodsukkeret daler igjen. Etter trening eller konkurranse vil et inntak av 1–1,5 gram karbohydrat per kilo kroppsvekt hver time i løpet av de første fire timene for de aller fleste gi en god refylling av glykogenlagrene.

For å optimalisere prestasjonen i aktiviteter som krever stor utholdenhet, må glykogenlagrene fylles før viktige konkurranser. Metoden som brukes er en gradvis nedtrapping av treningen før konkurranse, samtidig som utøveren har et kosthold med høyt karbohydratinnhold dagen før og på konkurransedagen. Dette kan forbedre prestasjonen i utholdenhetskrevende aktiviteter som varer i 90 minutter eller lenger, gjennom at det for eksempel er mulig å opprettholde en gitt belastning 2–3 % lenger.

Fett

Fett er kjemiske forbindelser som inneholder mye energi og derfor brukes som energilager i kroppen. I vårt kosthold er dette den nest viktigste kilden til energi, etter karbohydrater. Fett er ikke bare en energikilde, men også viktig for absorpsjonen av fettløselige vitaminer og en byggestein for en rekke lipidholdige strukturer i kroppen (som cellemembraner). I tillegg inneholder det essensielle fettsyrer, som kroppen ikke kan danne selv.

Fett inndeles i fett fra planter (vegetabilsk) og fett fra dyr (animalsk). Fettstoffene hos planter finnes for eksempel i frø og nøtter, gjerne som oljer som

20 Innføring i treningsfysiologi

for eksempel jordnøtt-, oliven-, raps-, soya- og linolje. Fett fra varmblodige landdyr er vanligvis i fast form, som smør og talg, mens fett fra sjødyr gjerne er flytende, som fiskeoljer som tran og selolje.

Vi skiller mellom mettede, enumettede og flerumettede fettsyrer, der forskjellen ligger i strukturen til fettsyrene som utgjør fettet. Mettet fett finnes hovedsakelig i animalske kilder som smør, fett kjøtt og meieriprodukter. Mettet fett inneholder mettede fettsyrer som ikke har dobbeltbindinger mellom karbonatomene og er «mettet» med hydrogenatomer, noe som gir en kompakt struktur. Derfor er mettet fett vanligvis fast ved romtemperatur. Et høyt inntak av mettet fett er forbundet med økt risiko for hjertesykdommer. Enumettet fett inneholder enumettede fettsyrer, som har en dobbeltbinding mellom to karbonatomer, noe som gjør strukturen «mer flytende». Disse fettsyrene finnes i matvarer som olivenolje, nøtter, avokado og rapsolje. Enumettet fett betraktes som sunnere enn mettet fett og kan blant annet ha positive effekter på hjertehelsen når det inntas i moderate mengder. Flerumettet fett inneholder flerumettede fettsyrer, som har to eller flere dobbeltbindinger mellom karbonatomene. Disse fettsyrene finnes i matvarer som fisk, nøtter, frø og planteoljer som solsikkeolje og soyabønneolje. Flerumettet fett er kjent for å være gunstig for hjertehelsen, spesielt på grunn av sitt innhold av omega-3- og omega-6-fettsyrer.

Fett er ikke vannløselig og er dermed krevende å fordøye. Leveren skiller derfor ut galle som sørger for at fettet løser seg opp i tarmvæsken. Det oppløste fettet brytes ned til fettsyrer og monoglyserider som tas opp i tarmcellene. I tarmcellene bygges triglyserider som pakkes i vannløselige lipoproteiner som transporteres vekk fra tarmveggen via lymfen. Fettet fraktes stort sett direkte til fettcellene for lagring der det kan mobiliseres ved behov under muskelarbeid gjennom å bli brutt ned til glyserol og fettsyrer. Fettsyrene transporteres til blant annet muskelcellene, bundet til proteinet albumin. Fettsyrer kan imidlertid ikke passere hjernebarrieren og er derfor ingen energikilde for hjernen uten at de bygges om til ketonlegemer (biprodukt av nedbryting av fett som skjer når kroppen ikke har tilstrekkelig med karbohydrater tilgjengelig) i leveren, og kan heller ikke brukes som energikilde for røde blodceller.

Fett lagres først og fremst i fettcellene i underhuden, men vi har også noe fett lagret i og mellom muskelcellene. Fett er lagret som triglyserid, men brytes ned til glyserol og frie fettsyrer før de kan fraktes med blodet til muskelcellene og benyttes til å produsere ATP. Fett er effektiv energilagring, i motsetning til glykogen, der 1 gram karbohydrat binder 2 gram vann. Man kan også hente ut over dobbelt så mye energi per gram fett sammenlignet med karbohydrater,

Kapittel 1: Energiomsetningen 21

men energiomsetningen av fett er for langsom til å møte hele energikravet ved intensiv aktivitet.

Fett som energikilde

Glyserol og frie fettsyrer er komponenter som utgjør strukturen til triglyserider – de mest vanlige formene for fett. Glyserol består av tre karbonatomer, hver bundet til en hydroksylgruppe (–OH). Glyserol er en viktig komponent i dannelsen av triglyserider, der tre fettsyrer er esterifisert med de tre hydroksylgruppene på glyserolmolekylet. Frie fettsyrer er de individuelle komponentene som utgjør fettmolekylene og er lange hydrokarbonkjeder med en karboksylgruppe (–COOH) i enden. Frie fettsyrer kan være mettede, enumettede eller flerumettede, avhengig av hvor mange dobbeltbindinger som finnes i hydrokarbonkjeden. I triglyserider er glyserol bundet til tre fettsyrer gjennom esterbindinger, og disse fettsyrene kan være forskjellige eller like. Under nedbrytingen av triglyserider, som skjer under fettsyrerforbrenningen, blir fettsyrene frigjort fra glyserolmolekylet og metabolisert separat. Disse bindingene inneholder høy energi og kan brytes ned gjennom hydrolyse for å frigjøre energi.

Helsedirektoratet anbefaler at vårt daglige energiinntak består av totalt 25–40 % fett. Av denne energien bør ikke mer enn 10 % komme fra mettet fett, og maksimalt 1 % bør komme fra transfettsyrer. Generelt viser forskning at det å bytte ut mettet fett med enumettet og flerumettet fett i kostholdet senker risikoen for hjerte- og karsykdom. Også for idrettsutøvere anbefales det generelt at fett står for rundt 25–30 % av energiinntaket, og som for resten av befolkningen anbefales økt inntak av umettet fett fra matvarer som fet fisk, tran, nøtter og planteoljer.

Proteiner

Proteiner er ikke først og fremst en energikilde, men brukes som byggesteiner i muskler og er viktige enzymer, hormoner og transportproteiner i kroppen. Proteiner er relativt store molekyler som er nødvendig for å danne skjelett, organer, bindevev, muskler, hud og hår. Andre proteiner utfører spesielle oppgaver i og mellom cellene, blant annet for å gi signaler om at cellen skal vokse eller dele seg. Et protein består av kjeder av ulike aminosyrer med en unik rekkefølge. Det er 20 forskjellige aminosyrer som danner de ulike proteinene. Rekkefølgen på disse og formen på proteinet bestemmer hvilke egenskaper proteinet har, og hvordan det fungerer. Menneskekroppen kan lage omtrent 80 000 ulike proteiner ved kombinasjoner av de 20 aminosyrene. Et enkelt protein inneholder fra 50 til over 1000 aminosyremolekyler. Av de 20 aminosyrene kan menneskekroppen produsere 11, mens

22 Innføring i treningsfysiologi

9 må inntas gjennom kosten. Disse 9 kalles essensielle aminosyrer. Det gjør ikke de andre aminosyrene ubetydelige, de er «ikke-essensielle» fordi kroppen har en mekanisme for å produsere dem selv. Dyr og planter produserer proteiner som inneholder de essensielle aminosyrene, men for menneskekroppen spiller det ingen rolle om aminosyrene kommer fra dyre- eller plantekilder. Man kan også skille mellom komplette og ufullstendige proteiner, og dermed gi proteiner ulik biologisk verdi. Matvarer som inneholder alle essensielle aminosyrer i riktig forhold, kalles gjerne komplette proteiner og har høy biologisk verdi, noe som vil opprettholde normal vevsvekst og reparasjonsfunksjoner. Et ufullstendig protein har lavere biologisk verdi og har en mindre god balanse av de essensielle aminosyrene. Animalske proteiner er generelt regnet for å ha en god balanse av de essensielle aminosyrene. Vegetarianere og veganere må imidlertid spise flere ulike plantebaserte proteinkilder for at det totale proteininntaket skal få en høy biologisk verdi.

Proteiner som energikilde og byggesteiner

Proteiner er bygget opp av aminosyrer. Aminosyrer er organiske forbindelser som består av en aminogruppe (–NH2), en karboksylgruppe (–COOH), et hydrogen og en sidekjede (R-gruppe) som varierer avhengig av typen aminosyre. Det finnes 20 forskjellige aminosyrer som kan kombineres i ulike rekkefølger for å danne forskjellige proteiner. Aminosyrene kobles sammen gjennom peptidbindinger, som dannes når aminogruppen til en aminosyre reagerer med karboksylgruppen til en annen aminosyre. Dette resulterer i dannelse av en polypeptidkjede. Polypeptidkjeden kan være kort og bestå av noen få aminosyrer, eller lang og omfattende, som i tilfellet med proteiner. Proteiner har en kompleks tredimensjonal struktur som er avgjørende for deres funksjon. Den primære strukturen er den lineære rekkefølgen av aminosyrene i polypeptidkjeden. Denne sekvensen bestemmer hvordan proteinet vil foldes og ta form. Proteinfoldingen er en viktig prosess som gir polypeptidkjeden dens funksjonelle tredimensjonale struktur. Proteiner kan blant annet fungere som enzymer som katalyserer kjemiske reaksjoner, transportere molekyler, gi strukturell støtte, være involvert i signaloverføring og regulere genuttrykk. Proteinsyntesen er prosessen der proteiner dannes i cellene. Denne prosessen innebærer DNA-avlesning i budbringer-RNA (mRNA), som sender beskjeder for oversettelse til aminosyresekvensen i polypeptidkjeden.

Med tilstrekkelig tilgang på energi gjennom fett og karbohydrater vil proteiner i liten grad bli brukt som energikilde. Får man i seg for lite energi eller inntar proteinfattig mat, vil kroppen bryte ned sine egne proteiner. Kroppen har ingen proteinlagre og vil i slike tilfeller bruke proteiner fra muskler. Protein inneholder

Kapittel 1: Energiomsetningen 23

tilsvarende mengde energi som glykogen og blir ofte omformet til glukose (gjennom glukoneogenese) for å kunne benyttes som energikilde for hjernen og blodceller i lengre perioder med energi- eller karbohydratunderskudd, under faste eller lavkarbokosthold. Det kan også bli omdannet til frie fettsyrer (gjennom lipogenese) for å bygge opp energilagre. For å opprettholde og eventuelt kunne bygge muskler er man derfor avhengig av å få i seg nok proteiner fra maten og balansere det totale energiinntaket ut fra forbruket. Inntar man for mye proteiner, vil det i teorien kunne føre til fettlagring og økt fettvev i kroppen.

Den generelle anbefalingen er at protein utgjør 10–20 % av vårt daglige energiinntak (Helsedirektoratet). Proteinbehovet er satt til omtrent 0,75–0,8 gram per kilo kroppsvekt for inaktive personer, mens økt aktivitetsnivå fører til nedbryting av protein og dermed til økt behov for å opprettholde eller bygge større muskler. Det vil si at proteinbehovet øker når man trener mer. En mosjonist som trener 3–4 ganger i uka, vil trenge omtrent 1 gram per kilo, mens en eliteutøver har et behov på 1,2–1,8 gram per kilo kroppsvekt per dag. For spedbarn og i vekstperioden til barn og ungdommer som også trener, kan dette øke til i overkant av 2 gram per kilo. I vårt samfunn ligger imidlertid inntaket av proteiner relativt høyt i forhold til disse anbefalingene, og de fleste får i seg nok proteiner gjennom et normalt sammensatt kosthold. Derfor har også de aller fleste idrettsutøvere mer enn nok proteiner i kosten. For vegetarianere kan det imidlertid være hensiktsmessig å ha 10 % høyere inntak enn de som spiser animalske proteiner på grunn av redusert fordøyelse av noen plantebaserte proteinkilder og en lavere biologisk verdi. Med trening øker også det totale energibehovet, og personer som trener regelmessig, vil generelt innta mer protein som en del av sitt normale kosthold fordi de spiser mer av de samme matvarene for å møte sitt økte energibehov. For idrettsutøvere er også timingen av proteininntak viktig. Det anbefales for eksempel å innta 15 til 25 gram protein rett etter treningsøkter.

Bør jeg bruke proteinstilskudd?

Det finnes mange ulike proteintilskudd på markedet, inkludert «ultra-rene» proteinformer som det hevdes at kroppen lettere fordøyer, optimaliserer muskelvekst eller bidrar til produksjon av mer energi under trening. Dagens forskning indikerer imidlertid at dette ikke stemmer. Tynntarmen er utviklet for å fordøye hele matvarer, ikke enkle aminosyrer, og absorberer sammensatte aminosyrer fra vanlig mat bedre enn enkle aminosyrer i pille- eller pulverform. I tillegg trekker konsentrerte aminosyrer vann inn i tarmen, noe som kan resultere i irritasjon, kramper og diaré. Konklusjonen vår er at de aller fleste inntar mer enn nok proteiner gjennom vanlig mat og at proteiner i mat er av minst like god kvalitet som proteintilskudd.

24 Innføring

i treningsfysiologi

Lagring av næringsstoffer og væskebalanse i kroppen

Lagring og bruk av næringsstoffer er nøye regulert av kroppens homeostatiske mekanismer for å opprettholde energibalanse og ha tilstrekkelige reserver for kroppens funksjon. Makronæringsstoffer i kroppen lagres på forskjellige måter:

• Karbohydrater: Overskudd av karbohydrater lagres som glykogen i leveren og musklene. Glykogen kan brytes ned og brukes som energi når det oppstår behov. I kroppen til voksne personer er det lagret 50–150 gram glykogen i leveren og ca. 250–750 gram i skjelettmuskulaturen, mens «blodsukkeret» kun tilsvarer 3–8 gram glukose sirkulerende fritt i blodet (~ 80 milligram glukose per liter blod).

• Fett: Overskudd av energi, inkludert karbohydrater og fett, kan omdannes til triglyserider og lagres i fettvev som energireserver.

• Proteiner: Kroppen har begrenset evne til å lagre proteiner direkte. Imidlertid kan aminosyrer fra nedbrutte proteiner resirkuleres for å danne nye proteiner eller brukes som energikilde i nødstilfeller.

Muskelvev Fettvev Lever

Intramuskulære energilagre

• ATP

• Kreatinfosfat

• Triglyserider

• Glykogen

Glykogen

Glukose

Aminosyrer

Triglyserider

Fettsyrer

Blodomløp

Glukose

Frie fettsyrer

Aminosyrer

Figur 1.2 Lagring og frigjøring av næringsstoffer fra fettvev og lever til blodet, som transporteres til musklene og deretter inngår i energiomsetningen. Samtidig har musklene lokale energilagre i form av ATP, kreatinfosfat, triglyserider og glykogen.

Kapittel 1: Energiomsetningen 25

Innføring i treningsfysiologi er en lærebok som beskriver kroppens anatomi, fysiologiske responser under fysisk aktivitet og tilpasninger som skjer ved systematisk trening. Boka beskriver treningsfysiologi på en helhetlig måte og dekker fysiologipensum i mange emner innen idretts- og helsevitenskaplige retninger på bachelornivå, i tillegg til personlig trener-utdanninger og idrettens egne utdanninger.

Bokas første del beskriver energiomsetningen, respirasjonssystemet, sirkulasjonssystemet, det nevromuskulære systemet og hormonsystemet. Deretter diskuteres effektene av aerob og anaerob utholdenhetstrening, styrketrening og ulike miljømessige påvirkninger på kroppens funksjoner og

Forfatterne er Øyvind og Silvana Bucher Sandbakk. Øyvind er professor ved Institutt for nevromedisin og bevegelsesvitenskap ved NTNU og leder for Senter for toppidrettsforskning. Silvana er førsteamanuensis i kroppsøving og idrett ved NTNU.

ISBN 978-82-450-3794-4

Innføring i treningsfysiologi (9788245037944)