Viten

Musklene dine kan huske

Muskelceller kalles også -fibre, og er kroppens største celler. De er en av de få celletypene i kroppen som har flere cellekjerner. Disse trenger de for å betjene det enorme cellevolumet. Cellekjernene ser ut til å være optimalt fordelt i fiberen med tanke på å minske transportavstander, men hvordan de plasseres slik er ukjent.

Det viser seg at muskler som er trent eller utsatt for steroider, bevarer en latent styrke i mange tiår.

  • Kristian Gundersen
  • Jo C. Bruusgaard
Viten er Aftenpostens satsing på forskning og vitenskap, der forskere og fagfolk fra hele landet bidrar med artikler.

Sciencenews.com kåret forskningen på muskelhukommelse som en av de 25 fremste vitenskapsnyhetene i 2013. I denne artikkelen skriver forskerne selv om forskningsprosessen og de oppsiktsvekkende funnene de har gjort.

Kulde herder kroppen, kokkefingre tåler å brenne seg, eller man har skikkelige arbeidsnever fordi man rodde så mye som barn. Det er mange populære forestillinger om at kroppen kan herdes, tilpasse seg eller endog «lære»: Dette er ideer om en slags kroppshukommelse. Slike forestillinger er nok ikke alltid riktige, og har ofte blitt regnet som pseudovitenskapelige .

En særlig inngrodd forestilling er begrepet «muskelhukommelse». Søker vi på ”muscle memory” AND ”body building” på nettet gir det over 70 000 treff, og demonstrerer at myten om at muskler kan huske står sterkt i treningsstudioer verden over. Det er heller ikke uvanlig å høre gamle kraftkarer mimre over hvor godt trente de var i gymnasietiden og at de har flytt på denne «grunnformen» uten å ha trent så mye siden.

Den vitenskapelige tolkningen av slike fenomener har hittil vært at det skyldes motorisk læring i nervesystemet, altså at det for eksempel dreier seg om en innarbeidet løfteteknikk. Denne forklaringen har likevel ikke vært tilfredsstillende, for skal du løfte tungt er det ikke nok med teknikk, du må ha store, sterke muskler. Vi har nylig observert fenomener som kan tyde på at det faktisk er en form for cellulær hukommelse i muskelcellene selv. Kanskje er det ikke bare hjernen som kan huske?

Kroppens største celler

Muskelfibrene er de største cellene i kroppen. De er sylinderformede og strekker seg fra sene til sene, de kan altså være flere desimeter lange, og like tykke som et menneskehår. De får da et volum som kan være 100 millioner ganger større enn den typiske kroppscelle! Her spiller størrelsen virkelig en rolle, for kraften en muskelcelle kan utvikle er proporsjonal med diameteren, og effekten (for eksempel målt i kW) er proporsjonal med volumet.

Lærebokmodellen (til venstre) har vært at fibre som vokser får enda flere cellekjerner ved at stamceller i vevet deler seg og smelter sammen med fibrene. Ved muskelsvinn mister man de ”ekstra” kjernene ved såkalt apoptose. Nye mikroskopiteknikker har avslørt at denne modellen er gal, og vi foreslår en ny modell (til høyre). Det er i denne modellen som er grunnlaget for idéen om en cellulær hukommelse i muskler.

Dette enorme volumet byr på utfordringer, og det er grunner til at kroppen ellers er inndelt i ørsmå celler. Hvordan kan muskelcellene klare å produsere proteiner for å fylle sitt enorme volum? Må proteinene transporters over de store avstandene fra sene til sene? Hvordan kan cellen dekke det økte proteinbehovet når man bygger muskelmasse?Svaret på disse spørsmålene er at muskelcellene har flere hundre cellekjerner som er spredt jevnt utover i fiberen, og at hver kjerne er omgitt av et synteseapparat for muskelprotein. De fungerer på en måte som cellens proteinfabrikker. De fleste celler har bare én kjerne og det er færre enn en håndfull celletyper hos virveldyr som har flere kjerner slik som muskelcellene.

I muskelceller (eller muskelfibre om man vil) forestiller man seg at hver kjerne betjener sine «nærområder» av fiberen, og vi har tidligere vist at kjernene er fordelt på en optimal måte, trolig for å minimalisere transportavstander. Paradoksalt nok fordrer dette en plassering av kjernene med maksimal innbyrdes avstand. Det dummeste ville være å plassere alle kjernene samlet i en klump i den ene enden. Det er ikke kjent hvilken mekanisme som ligger til grunn for den tilsynelatende kontrollerte posisjonering av kjernene, men muskelfunksjonen blir dårligere om man forstyrrer plasseringen, og ved de fleste muskelsykdommer er det også uorden i kjernene. De mange kjernene er også hemmeligheten bak å forstå bygging av muskelmasse, muskelsvinn, og hvordan vi mener muskler kan huske.

Stamceller bidrar til muskelvekst

Nye mikroskopiteknikker vi har utviklet tillater oss å observere kjerner i enkelte muskelfibre over tid i intakte mus. Den økte presisjonen har ført til at gammel kunnskap må revurderes.

Muskel er et såkalt permanent vev, det skjer liten eller ingen utskiftning av celler. Når man driver styrketrening får man ikke først og fremst flere fibre, men hver fiber øker i diameter. Denne prosessen begynner med at stamceller i muskelvevet begynner å dele seg, og disse nye cellene smelter så sammen med muskelfibrene og bidrar med nye cellekjerner som kan betjene det økte volumet. Om man så slutter å trene, krymper fiberen, og man har ment at de ekstra cellekjernene da brytes ned og forsvinner gjennom en kontrollert «dødsprosess» som kalles apoptose. Man vender tilbake til utgangspunktet; nemlig en tynn fiber med få cellekjerner. Fiberen har intet ”minne” om sin tidligere storhet, den er rykket tilbake til start.

Paradigment var feil

Vi utviklet nye mikroskopiteknikker for å kunne følge cellekjernene direkte i levende dyr, og dette ga en mye høyere presisjon enn man hittil hadde hatt. Til vår overraskelse fant vi at den modellen for muskelvekst og muskelsvinn vi beskrev ovenfor, og som står i lærebøkene, ikke stemte med våre resultater. Riktignok fant også vi at fibrene fikk flere cellekjerner ved muskelvekst , men når vi studerte muskelsvinn fant vi at ikke en eneste kjerne forsvant.

Det er altså slik at om man bygger muskelmasse får man flere kjerner og disse forblir i muskelfiberen selv om man senere mister muskelmassen. Vi mener derfor at det finnes en første treningsrute der stamcellene bidrar med flere cellekjerner inn i fibrene. Når disse først er inne tror vi de er der mer eller mindre permanent. Det er ikke helt lett å måle hvor permanente cellekjernene er, men man tror at halveringstiden for cellekjerner i menneskemuskler er på minst 15 år.

I motsetning til hva man tidligere har trodd, mister man ingen kjerner ved muskelsvinn. Fiberen øverst hadde 21 kjerner i segmentet til venstre for den røde markøren da vi starte eksperimentet. Vi kuttet så nerveforsyningen slik at muskelen ble inaktivert. Den inaktive fiberen var betydelig tynnere 3 uker senere, men den hadde fremdeles 21 kjerner! Muskelsvinn er altså ingen degenerativ lidelse.

Muskelhukommelse Fibrene i muskler som har vært styrketrent har altså et høyere antall cellekjerner som et «minne» om tidligere storhet selv om man slutter å trene og mister muskelmassen. Når slike muskler så trenes opp igjen, og ser det ut til at man hoppe over trinnet med å tilføre nye kjerner, de er jo allerede der. Så er spørsmålet om dette er en raskere vei til muskelbygging enn første gang man trente seg opp?

Varer doping evig?

For å undersøke om mange cellekjerner bød på fordeler ved senere trening ga vi hunnmus anabole steroider i 14 dager. Dette førte til en betydelig økning både i fiberstørrelse og i antallet cellekjerner. Vi fjernet så steroidene og musenes muskler vendte da raskt tilbake til vanlig størrelse, men det høye antallet av cellekjerner bestod. Vi ventet så 3 måneder for virkelig å sette «hukommelsen» på prøve. Dette er ganske lenge for en mus som lever bare to år. Det er ikke helt enkelt å overføre til mennesker, men tidsperioden ville svare til kanskje et par tiår hos oss.

Testosteron ble gitt til hunnmus i 14 dager og førte til en betydelig økning i tverrsnittet av muskelfibrene og antall cellekjerner økte tilsvarende. Våre funn kan tyde på at doping kan gi permanente fordeler, ved at man beholder et høyt kjerneantall kanskje flere tiår etter at steroidene er ute av blodet.

Etter tre måneder utsatte vi musene for belastningstrening. Musene som tidligere hadde fått steroider hadde på dette tidspunktet ikke større muskelfibre enn i vanlige mus, men de hadde mange flere cellekjerner. Etter 6 dager med overbelastning vokste disse kjernerike fibrene med 30 prosent, mens fibre i ubehandlete mus vokste med beskjedne 6 prosent. Det gikk altså mye raskere, og steroidgruppen forble større gjennom de 14 dagene vi hadde anledning til å trene musene. Dette skjedde altså helt uten at det var steroider til stede i blodet under treningen.Dette er skremmende funn om man er opptatt av å bekjempe doping. Det ser altså ut til at steroider er prestasjonsfremmende lenge etter at dopingmiddelet har forlatt blodet. Vår forskning har ifølge Antidoping Norge allerede bidratt til at utestengingstiden for illegal bruk av steroider er økt fra 2 til 4 år. Vi tror ikke dette er nok: Dersom våre ideer om muskelhukommelse også gjelder for mennesket, er det grunner til å tro at fordelene kan være permanente.

Tren før det er for sent?

Det var tekniske årsaker til at vi brukte steroider i vårt forsøk, man får også flere cellekjerner om man bygger muskelmasse uten steroider. Med tanke på at muskelsvekkelse hos eldre er et betydelig helseproblem, er ideen om permanente treningseffekter besnærende. Bla. som følge av svakere muskler faller eldre mennesker lett, og om man så havner på sykehus er det 25 prosent risiko for at man dør innen et år.

Muskelsvekkelse hos eldre er altså et stort helseproblem, og selv om man kan oppnå en del ved å trene som gammel, er ikke trenbarheten like god som hos yngre. Blant annet er evnen til å aktivere stamceller og skaffe seg nye muskelcellekjerner mye dårligere. Våre data kan tyde på at man kan gjøre unna anskaffelsen av muskelcellekjerner mens man er ung for så å nyte godt av en lettere gjenopptrening senere. Man behøver da kanskje ikke opprettholde muskelstyrken gjennom hele livet, men kan nyte godt av bedre evne til å bygge muskelmasse ved å ha mange kjerner som ligger klare.

Det gjenstår å undersøke vår modell på mennesker, men mytene fra treningsstudioene kan være sanne, og kanskje var det gammel storhet fra gymnasietiden som gjør at han enda er så sterk, gamlingen.