Arkiv för maj, 2015

Chokladstudie

Publicerat: 2015-05-28 i skitstudie, Utblick
Etiketter:,

När tillräckligt många med tillräckliga resurser är tillräckligt lata och tillräckligt lättlurade* kan det gå såhär snett.

(Lova att fortsätta läsa resten efter abstractet nedan även om suget efter choklad river i kroppen. Snälla?)

Daily Mail - choklad

CHOCOLATE WITH HIGH COCOA CONTENT AS A WEIGHT-LOSS ACCELERATOR
Johannes Bohannon, Diana Koch, Peter Homm, Alexander Driehaus
Abstract

Background: Although the focus of scientific studies on the beneficial properties of chocolate with a high cocoa content has increased in recent years, studies determining its importance for weight regulation, in particular within the context of a controlled dietary measure, have rarely been conducted.

Min tolkning: Trots att fokus de fördelaktiga effekterna av choklad med högt kakaoinnehåll har ökat under senare år har väl kontrollerade studier om dess betydelse för viktreglering inte genomförts.

Methodology: In a study consisting of several weeks, we divided men and women between the ages of 19-67 into three groups. One group was instructed to keep a low-carb diet and to consume an additional daily serving of 42 grams of chocolate with 81% cocoa content (chocolate group). Another group was instructed to follow the same low-carb diet as the chocolate group, but without the chocolate intervention (low-carb group). In addition, we asked a third group to eat at their own discretion, with unrestricted choice of food. At the beginning of the study, all participants received extensive medical advice and were thoroughly briefed on their respective diet. At the beginning and the end of the study, each participant gave a blood sample. Their weight, BMI, and waist-to-hip ratio were determined and noted. In addition to that, we evaluated the Giessen Subjective Complaints List. During the study, participants were encouraged to weigh themselves on a daily basis, assess the quality of their sleep as well as their mental state, and to use urine test strips.

Min tolkning: I en studie som sträckte sig över flera veckor delades deltagarna, som var 19-67 år, i tre grupper. En ombads hålla en lågkolhydratkost med extra 42 gram choklad med 81% kakao. Den andra gruppen åt samma men utan choklad och den tredje agerade kontrollgrupp utan inblandning i matvanor. Inför och efter studien togs blodprov samt ett antal andra mått, deltagarna instruerades att väga sig dagligen samt notera sömnkvalitet, sitt mentala välmående samt använda teststickor för urin.

Result: Subjects of the chocolate intervention group experienced the easiest and most successful weight loss. Even though the measurable effect of this diet occurred with a delay, the weight reduction of this group exceeded the results of the low-carb group by 10% after only three weeks (p = 0.04). While the weight cycling effect already occurred after a few weeks in the low-carb group, with resulting weight gain in the last fifth of the observation period, the chocolate group experienced a steady increase in weight loss. This is confirmed by the evaluation of the ketone reduction. Initially, ketone reduction was much lower in the chocolate group than in the low-carb peer group, but after a few weeks, the situation changed. The low-carb group had a lower ketone reduction than in the previous period, they reduced 145 mg/dl less ketones, whereas the chocolate group had an average reduction of an additional 145mg/dl. Effects were similarly favorable concerning cholesterol levels, triglyceride levels, and LDL cholesterol levels of the chocolate group. Moreover, the subjects of the chocolate group found a significant improvement in their well-being (physically and mentally). The controlled improvement compared to the results of the low-carb group was highly significant (p <0.001).

Min tolkning: Chokladgruppen upplevde den enklaste och mest framgångsrika viktminskningen, över 10% mer än LC-gruppen redan efter 3 veckor. Flera hälsoparametrar var fördelaktiga för chokladgruppen inklusive fysiskt och mentalt välbefinnande, skillnaderna var mycket signifikanta.

Conclusion: Consumption of chocolate with a high cocoa content can significantly increase the success of weight-loss diets. The weightloss effect of this diet occurs with a certain delay. Long-term weight loss, however, seems to occur easier and more successfully by adding chocolate. The effect of the chocolate, the so-called “weight loss turbo,” seems to go hand in hand with personal well-being, which was significantly higher than in the control groups.

Min tolkning: Konsumtion av choklad med högt kakaoinnehåll kan signifikant öka framgång med viktnedgång. Viktnedgången kommer med viss eftersläpning medan långtidseffekten förefaller enklare och mer framgångsrik med tillskott av choklad. ”Turboeffekten” förefaller gå hand i hand med välbefinnande, högre än i kontrollgruppen.

Hela texten finns att ladda ner som pdf från International Archives of Medicine
http://imed.pub/ojs/index.php/iam/article/view/1087/728

Det är nu du ska läsa I Fooled Millions Into Thinking Chocolate Helps Weight Loss. Here’s How. Om du inte vill eller ids, glöm då allt här ovan, det kan annars skapa framtida problem för dig.


*) Jag gillar det engelska ordet, gullible.

The Times Matt Ridley

The Times Ingress

Källa: The Times 25/5 2015

Min tolkning: Mer ägg, tack. Nu är det OK med kolesterol. – Denna helomvändning borde kommit för länge sedan. Mycken skada har förorsakats.

– Om du läser detta före frukost, överväg att äta ett ägg. När som helst kommer amerikanska myndigheter officiellt att avfärda kolesterol från listan av ”bekymmersamma kostkomponenter”. Man vill också tona ned råden mot mättade fetter då de saknar kopplingar till hjärt- och kärlsjukdom.

Diabetes typ 2, tidigare kallad sockersjuka, uppstår när kroppen inte fullt ut använder den enkla sockerarten glukos som kan utgöra en betydande del av energin i födan. Redan en bestående ökning av mängden blodsocker i blodomloppet* med ett par gram ger på sikt allvarliga skador på blodkärl samt proteiner som kommer i närkontakt med blodet. Redan efter några få år, ibland innan patienten fått diabetesdiagnosen, kan följdverkningar dyka upp. Till dessa räknas ögonproblem, neuropati inklusive gastropares, njurskador, kärlskador, infarkt och stroke.

Peripheral neuropathy - headline

Källa: Artikel i Diabetes in Control

Neuropati innebär skador på nervsystemet som förhindrar signaler att nå fram. Tidiga tecken på diabetesrelaterad neuropati märks genom att testa de längsta nervbanorna, de som går från fotsulorna och upp till hjärnan. Neuropati har flera delorsaker, en av dem är nedsatt blodförsörjning vilket drabbar fötterna i högre grad än resten av kroppen.

Peripheral neuropathy is a common complication related to diabetes, and a major reason for a decreased quality of life in diabetes patients.

Min tolkning: Perifer neuropati är en vanlig komplikation vid diabetes och en stor anledning till försämrad livskvalitet.

Deltagarna i studien, från Prospective Metabolism and Islet Cell Evaluation (PROMISE), valdes baserat på riskfaktorer för att utveckla diabetes typ 2 inklusive fetma, högt blodtryck, diabetes ”i släkten” samt ev. graviditetsdiabetes. De som utvecklade diabetes innan 3 år gått uteslöts ur studien. Jag antar att man ville följa utvecklingen från ett tidigt stadium. Känsligheten mättes med en standardiserad vibrationsmetod.

Of the 467 patients who made it to the three year follow-up examination, 344 had normal glycemic control, 101 had prediabetes, and 22 had new onset diabetes. The prevalence of peripheral neuropathy was 29% for those with normal glycemic control, 49% for those with prediabetes, and 50% with new onset diabetes.

Min tolkning: När de som studerades efter 3 år hade 344 ”normalt blodsocker”, 101 var prediabetiker och 22 hade konstaterad diabetes. 29% av de med normal blodsockerkontroll visade tecken på perifer neuropati, 49% av prediabetiker och 50% av de med diagnosen diabetes.

Detta är helt i linje med mina åsikter att diabetes typ 2, sockersjuka, har en lång utvecklingstid innan den resulterar i en fullt utblommad diagnos. Det är skrämmande att nästan var tredje som ansågs ha ”normal blodsockerkontroll” bedömdes ha nedsatt nervfunktion.  Inom vården måste man vara mycket observanta på tidiga tecken på metabola symtom och ge relevant information för att undvika eller åtminstone fördröja utvecklingen mot diabetes och alla de komplikationer det medför.

Relevanta råd innebär mat som inte driver upp blodsocker i onödan, LCHF.


*) En vuxen, frisk och normalviktig person på 70 kg har en total blodvolym av 5.5 liter med cirka 5 gram blodsocker, glukos, efter nattfasta eller före måltid.

Lee CC. Peripheral Neuropathy and Nerve Dysfunction in Individuals at High Risk for Type 2 Diabetes: The PROMISE Cohort. Diabetes Care. May 2015; 38(5) 793-800.

Kakexi innebär förlust av kroppsmassa som inte kan motverkas även om man försöker äta mer. Kakexi är en vanlig följd av såväl cancer som autoimmuna sjukdomar samt ett antal andra åkommor inklusive drogmissbruk och innebär allvarligt nedsatt allmäntillstånd som leder till trötthet, avmagring och orkeslöshet. Här en studie som handlar om hur ketoner och ketogen kost motverkar såväl cancer som kakexi.

Ketoner cancer kakexi

Background: Aberrant energy metabolism is a hallmark of cancer. To fulfill the increased energy requirements, tumor cells secrete cytokines/factors inducing muscle and fat degradation in cancer patients, a condition known as cancer cachexia. It accounts for nearly 20% of all cancer-related deaths. However, the mechanistic basis of cancer cachexia and therapies targeting cancer cachexia thus far remain elusive. A ketogenic diet, a high-fat and low-carbohydrate diet that elevates circulating levels of ketone bodies (i.e., acetoacetate, β-hydroxybutyrate, and acetone), serves as an alternative energy source. It has also been proposed that a ketogenic diet leads to systemic metabolic changes. Keeping in view the significant role of metabolic alterations in cancer, we hypothesized that a ketogenic diet may diminish glycolytic flux in tumor cells to alleviate cachexia syndrome and, hence, may provide an efficient therapeutic strategy.

Min tolkning: Cancer kännetecknas av en avvikande ämnesomsättning. För att tillfredsställa det ökande energibehovet utsöndrar tumörceller ämnen som påskyndar muskel- och fettnedbrytning hos cancerpatienter, något som kallas kakexi. Detta är den primära dödsorsaken hos nära 20% av alla cancerfall. Mekanismen bakom cancerrelaterad kakexi samt vård som fokuserar på kakexi är oklar. Ketogen kost, strikt LCHF, som ökar mängden ketoner (acetoacetat, β-hydroxybutyrat och aceton) är en alternativ energikälla. Tankar finns att ketogen kost leder till grundläggande förändringar i ämnesomsättningen. Med hänsyn till hur cancer ändrar ämnesomsättningen ställde vi upp hypotesen att ketogen kost kan minska glukostillflödet till cancerceller och minska kakexi och på så sätt bli en effektiv behandlingsmetod.

KällaMetabolic reprogramming induced by ketone bodies diminishes pancreatic cancer cachexia – Cancer & Metabolism  Fulltexten är fritt nedladdningsbar via länken.

Gemensamt för cancerceller är att dess mitokondrier är dysfunktionella, de gör inte sitt jobb. I cellers cytoplasma förbearbetas glukos till pyruvat som transporteras in i närmaste mitokondrie för vidare bearbetning till kroppens grundläggande energivaluta, ATP. Det första stegen krävs en investering av 2 ATP för att starta processen som återför 4 ATP, netto ger detta 2 ATP. Med fungerande mitokondrier kan ytterligare 30 – 36 ATP utvinnas via en lång och komplicerad process, men i cancercellen är det tvärstopp, mer än 2 ATP blir det inte.

När pyruvatet inte används bildas ett överskott av mjölksyra och då cancervävnader har notoriskt usel blodförsörjning fraktas den inte bort i tillräcklig omfattning. Detta gör att tumörvävnad får ett lägre pH (är ”surare”) vilket ständigt feltolkas som att cancer ”trivs” och gynnas av en sur miljö.

  • Cancerceller är notoriskt ensidiga i sitt kostval, ratar 95% av energin från glukos vilken fermenteras till laktat (mjölksyra), den dåliga sophämtningen (litet blodflöde) hinner inte med och miljön blir försurad. Totalt sett blir effekten att cancerceller kräver många gånger högre glukostillförsel för att kompensera för de skadade mitokondrierna.

Observera: Studien är av etiska och praktiska skäl gjord på möss samt vävnadsprover i ”provrör”. Kan den då alls vara relevant för människor? Levande organismer delar väsentliga byggstenar och funktioner. Skillnaden är uppenbar om man jämför en mus och en människa sida vid sida, men när man går ”närmare” blir likheterna allt större. Djur- och provrörsstudier kan vara hypotesgrundande, skapa nya tankebanor, att bearbeta i studier på mänskliga vävnader. En fördel med djurförsök såväl in vivo (på levande djur) och in vitro (i ”provrör”) är att man kan detaljstudera resultat och händelseförlopp, något som kan vara svårt bland människor.

Alla studier behäftas av diverse fel och när det gäller människor är det svårt att hålla kontroll över alla relevanta parametrar. Folk kommer och går, gör inte som de blir tillsagda och friserar sina utsagor av diverse skäl (av glömska eller rena lögner). Men de är människor, vilket känns tillförlitligt. Djur, å andra sidan, kan hållas under betydligt striktare kontroll. Sedan gäller förstås att ställa ”rätt” frågor och mäta ”rätta” parametrar. Men djur är inte människor vilket sänker trovärdigheten.

  • Våra kroppar anpassar sig effektivt till förändrade behov, oavsett om de är önskvärda eller ej. Då cancerceller har ett uttalat behov av glukos kommer metabolismen att anpassa sig och effektivisera ”glukosutbudet”. Kommer det inte in via maten sker det till stor del via nedbrytning av glukogena* aminosyror från proteiner. Dessa kommer huvudsakligen från muskler, men det finns ingen garanti att hormoner, enzymer eller proteiner i bindväv eller liknande blir opåverkade, i vart fall är det sannolikt att deras normala omsättning påverkas negativt. Detta är förmodligen en avsevärd del av kakexins nedbrytande effekter.
  • Alla fetter består av tre fettsyror sammanbundna av en molekyl glycerol. Glycerol är en återvinningsbar ”organisatör” av fettsyror till fettmolekyler och återvinns efter varje användning i levern till glukos. Energibidraget från dessa är litet men inte obetydligt.
  • Mjölksyran från cancercellen återvinns också till ny glukos i levern via Cori-cykeln, ytterligare en ineffektiv process.

Så ett aber:

Tumor cells also have alterations in the metabolism of glutamine, a nitrogen source and arguably the most significant metabolite precursor for tumor cells after glucose.

Min tolkning: Tumörceller har också en förändring i omsättningen av glutamin, en glukogen aminosyra, näst glukos den mest betydande energikällan för tumörceller.

Detta är grunden för en vanlig invändning mot att kolhydratrestriktion skulle vara en framkomlig väg att motverka och dämpa cancerutveckling. Vi skall senare se hur ketogen kost påverkar glutaminomsättningen vid cancer.

Ketogenic diets possess anticonvulsant and antiinflammatory activities. It has also been proposed that a ketogenic diet treatment results in systemic metabolic changes like increased glucose tolerance, reduced fatty acid synthesis, and weight loss.

Min tolkning: Ketogen kost minskar kramper och är antiinflammatorisk. Hypoteser finns att ketogen kost påverkar ämnesomsättningen mot ökad glukostolerans, minskad fettsyrabildning och viktminskning.

Då ketoner är lätt lösliga i blodet kan de även försörja merparten av hjärnan trots att den ligger skyddad bakom blod-hjärnbarriären som anses hindra energitillförsel förutom den från glukos. Räknat per vikt innehåller ketoner dessutom mer energi än glukos, detta då de för med sig mindre syre, de är mindre oxiderade.

…a ketogenic diet may act against the cancer-induced cachexia while causing minimal side effects as previously it has been shown that a 2–7-mM ketone body concentration can be achieved safely without giving rise to clinical acidosis.

Min tolkning: En ketogen kost kan motverka kakexi med små sidoeffekter då man tidigare visat att det går att nå 2-5 mmol/L ketoner utan risk för acidos (”försurat blod”)

Låt oss titta på några av deras resultat.

Ketone bodies were observed to inhibit cell survival in a dose-dependent manner.

Min tolkning: Ketoner minskade (cancer)cellöverlevnad på ett dosberoende sätt.

Men kunde detta slå mot ”friska” celler?

We observed no significant effect on survival of these cells under treatment with ketone bodies.

Min tolkning: Vi såg ingen effekt på överlevnaden hos dessa (friska) celler vid ketonbehandling.

Så en viktig notering i en kort mening.

Caspase 3/7 activity increased upon treatment of the pancreatic cancer cells with ketone bodies in a dose-dependent manner.

Min tolkning: Aktiviteten av caspase 3/7 ökade dosberoende i cancerceller vid behandling med ketoner.

Caspaser är djupt inblandade i programmerad celldöd och slår på ett förberett sätt ut enskilda celler, såväl friska som cancerceller! Läs mer i Programmerad celldöd och cancer.

Treatment of Capan1 and S2-013 cells with ketone bodies resulted in a decrease in glucose uptake (Figure 2A,B) and release of lactate (Figure 2C,D) in a dose-dependent manner.

Min tolkning: Behandling av cancerceller med ketoner resulterade i dosberoende minskat glukosupptag och frisättning av mjölksyra.

Precis vad vi önskar, cancercellerna får inte den energi de behöver, de står under tryck, svälter!

Since glutamine also supports pancreatic cancer cell growth [7], we also evaluated the effect of ketone bodies on glutamine uptake. Our results indicate a reduced uptake of glutamine by Capan1 and S2-013 pancreatic cancer cells under treatment with ketone bodies (Figure 2E,F).

Min tolkning: Då (den glukogena aminosyran) glutamin understöder cancerceller utvärderade vi effekten av ketoner på glutaminupptaget. Vi noterade ett reducerat upptag av glutamin i cancercellprover vid ketonbehandling.

Även energitillskottet från glutamin reduceras vid ketonbehandling!

Furthermore we observed a reduction in intracellular ATP levels upon treatment with ketone bodies.

Min tolkning: Vi observerade en minskning i (cancer)cellernas interna ATP vid ketonbehandling.

Som väntat minskar cancercellernas ATP när man reducerar tillgången till glukos, oavsett om det kommer från blodsocker eller glutamin. Mitokondrierna är ju skadade och duger inget till.

Ketone bodies diminish the expression of glycolytic enzymes

Min tolkning: Ketoner minskar uttrycket av enzymer som är betydelsefulla för glukosomsättningen.

Av ”besparingsskäl” kan och bör vi inte producera sådant vi inte behöver. När vi har god tillgång på ketoner finns ingen anledning att fortsätta producera ämnen (glycolytic enzymes) som enbart glukosmetabolismen kräver.

We have demonstrated anticancerous and anticachectic properties of ketone bodies in cell culture conditions, as well as the effect of a ketogenic diet on tumor burden and cachexia in animal models. Furthermore, our studies establish a ketone body-induced metabolomics reprogramming as the mechanism of action of a ketogenic diet against cancer and cancer- induced cachexia.

Min tolkning: Vi har visat att ketoner motverkar cancer och kakexi i cellkulturer såväl som effekter av en ketogen kost på cancertumörer och kakexi i en djurmodell. Dessutom visar vår studie en metabol anpassning som riktas mot cancer och cancerberoende kakexi.

Studien innehåller mängder av data och för LCHF-intresserade enbart positiva slutsatser.


*) Aminosyror kan delas in som glukogena eller ketogena. De förra producerar glukos när de metaboliseras till energi, de senare bildar ketoner. Flertalet är rent glukogena (bland dem glutamin), fem är blandformer och endast två, leucin och lysin, är ketogena.

”I praktiken är det just korna som erbjuder oss den bästa möjligheten att restaurera våra ekosystem och flytta tillbaka överskottet av kol från atmosfären till matjorden där det hör hemma”, skriver Jörgen Andersson och Per Wikholm.

Källa: SvD Opinion, svar på ett vegananstruket inlägg.

Under många årmiljoner har jorden och dess invånare levt under ständigt varierande förutsättningar. I vårt hörn av världen har istider satt ännu ej utplånade spår som skrapmärken på berg och avlagringar av allt från finfördelade mineraler som lera och upp till flyttblock. Trots att den senaste istiden avklingade för runt 10 000 år sedan håller marken fortfarande på att resa sig från bördan, kallat landhöjning. Visst kan det irritera de med strandnära tomter där landhöjningen tvingar ägarna att byta djupgående båtar mot kanoter och vars tomtgränser lämnar strandlinjen för att med tiden hamna i ”andra led” med nya bebyggare närmare vattnet. Att det kommer att dröja rätt många år är en sak, likafullt gnager det.

Dagens problem med klimatförändringar är inte att de sker, det har det alltid gjort, utan att det ingriper i rådande administrativa gränser och etablerade företags förutsättningar och att det sker fort. I veganinlägget angriper man jordbruket och menar att det skall ställa om sig till en renodlad vegetabilieproduktion.

Oavsett vad man odlar på en given markyta kommer större delen av mineralerna i växterna och en hel del av kvävet från marken. Merparten av det för liv helt oundgängliga kolet kommer från luften i form av koldioxid som har ökat under detta århundrade.

En gång i tiden tillämpade bönderna växelbruk mellan olika grödor i kombination med träda och kvävebindande växter för att marken skulle återhämta sig. Samtidigt användes gödsel från boskap för att återföra ytterligare näringsämnen till jordbruksmarken. Under långa tider, till och med ända fram till min barndom, gick korna ”på skogen” och födde sig arteget under den snöfria delen av året. En stor del av gödseln lade man av i skogen men en hel del hamnade i ladugården, dit man återvände på kvällarna. Denna spreds sedan på åkrarna och gav näring till grödorna.

Kor på skog

Kor på skogen, bildkälla

Vegandoktorn vill helt avveckla detta naturliga förlopp vilket innebär en ökad användning av energikrävande konstgödsel. Dagens industrialiserade odlingsmetoder innebär ofta monogrödor vilket förstärker risken för parasitspridning och andra artspecifika problem. Som i och för sig kortsiktigt kan lösas med Monsantos gifter och genmodifierade frön.

Jörgen Andersson och Per Wikholms inlägg är insiktsfullt, men läs även David Stenholz debattinlägg för att förstå hur ensidigt han tänker.

Vatten känns som ett odramatiskt ämne utan nämnvärd karaktär men tittar man lite närmare är det alldeles tvärtom. Våra kroppar är till mer än 2/3 vatten, H2O. Varje vattenmolekyl består av en syre– och två väteatomer.

  • Syre i gasform (O2) kan förenklat beskrivas som två kovalent* bundna syreatomer. Dessa har vardera 8 positivt laddade protoner och 8 elektriskt neutrala neutroner i atomkärnan. För att atomen skall bli elektriskt neutral omges den av 8 (negativa) elektroner i två ”moln”, ett inre med 2 och en yttre med resterande 6 elektroner.
  • Väte i gasform (H2) är två kovalent bundna väteatomer med vardera 1 proton och 1 elektron som normalt finns i sin lägsta ”bana”, den med lägst energi.

Vattenmolekylen får speciella egenskaper genom att väteatomerna binds hårt till syret (kovalent!) men lite osymmetriskt, de sitter som öronen på Musse Piggs huvud. vattenmolekyl bollbild

Detta beror på att vardera väteatomen delar ett par elektroner med syret, sammanlagt 4, medan syret fortfarande har 4 för egen del i yttre elektronmolnet (de inre 2 berörs inte). Eftersom alla elektroner repellerar varandra men ändå skall ”få plats” blir lösningen (med lägst energi) att vätemolekylerna hamnar lite på sned.

vattenmolekyl

Då syret har en massivare atomkärna med större positiv laddning kommer de delade elektronerna att tillbringa något mer tid nära syret, den sidan kantrar mot att vara negativ i kontrast till väteatomerna som förefaller mer positiva. Även om molekylen som helhet är elektriskt neutral kommer den vid mycket närgånget betraktande att ha en något mer negativt laddad sida och två lätt positiva ”väteöron”. Den har därför olika elektriska poler och vattenmolekylen kallas därför polär vilket ger vatten många unika egenskaper.

När två vattenmolekyler finns tillräckligt tätt intill varandra kommer den enas väteatom att attraheras av den andres syreatom. Detta är enbart en svag elektrostatisk attraktion, de delar aldrig elektroner och deras inbördes avstånd är dubbelt så stort som den kovalent bindningen mellan syre och väte i vattenmolekylen. Kraften är liten (ungefär 1/20) jämfört med en kovalent bindning och vid rumstemperatur varar den mindre än 20 picosekunder**. Om en bindning löses upp bildas en ny inom 0,1 picosekund. Detta gör att vatten är en vätska som mycket snabbt anpassar sig till omgivningen och är ytterst rörligt.

Vätebindningar i vatten

Har vi många vattenmolekyler tillsammans i rumstemperatur kommer deras inbördes rörelser oupphörligt att skapa och upplösa de enskilda elektrostatiska bindningarna (vätebindningar). En vattenmolekyl kan delta i allt mellan 0 till maximalt 4 vätebindningar men i det kaos som råder i rinnande vatten gäller i genomsnitt 3,4 bindningar.

När vattnets temperatur sjunker minskar de enskilda vattenmolekylernas rörelser och de tar lite mindre plats. Vattnets densitet är som störst vid cirka 4 grader och gör att tillräckligt djupa sjöars bottentemperatur är nära konstant året om.

Temperatur i sjö

Sjunker vattentemperaturen under 4 grader börjar enskilda vattenmolekylerna att anpassa sig till en struktur som tar mer plats, har lägre densitet. När vi begränsar vattenmolekylernas egenrörelser kraftigt genom att sänka rörelseenergin börjar de ordna sig så att var och en binder till 4 andra, de kristalliserar till is. Kristallformen av vatten tar mer plats än i vätskeform därför flyter is.

Density of ice and water

När vi når vattnets frystemperatur men innan alla vattenmolekyler ”lugnat ner sig” och binder till fyra andra måste vi avlägsna avsevärda mängder energi/värme.*** Detta märks tydligt när vi använder is för att kyla en dryck. Upptiningen tar rätt lång tid, men när isen är borta stiger temperaturen i resten mycket snabbt. Om det finns något kvar i glaset, vill säga.

Elektrostatiska vätebindningar är veka i jämförelse med kovalenta bindningar inom vattenmolekylen, men is är trots det starkt! Även om en enskild vätebindning är rätt svag så kommer blotta mängden och det faktum att de är välordnade och långtidsstabila i kristallmönster att ge den nödvändiga styrkan. Jag tror att det räcker med 60 cm kärnis för att köra en stridsvagn, men kolla först innan du provar.

Vatten har ytspänning, du kan försiktigt lägga en nål eller ett rakblad på vatten i ett glas och det flyter. Vi har alla sett hur de små skräddarna oförfärat springer på vattnet. Hur kan det gå till? Svaret finns hos vätebindningarna.

Skräddare

Just i vattenytan finns lika många potentiella vätebindningar som i resten av vattnet men inga vänds uppåt/utåt, där finns inget att binda till. Därför kommer fler att binda till vattenmolekylen intill vilket skapar en något högre kraft i sidled än inåt vattenmassan/droppen. Detta kallas ytspänning.

Vattnets temperatur är ett mått på vattenmolekylernas genomsnittliga vibration. I molekylskalan kan det skilja avsevärt mellan enskilda vattenmolekyler, allt mellan närmast orörlig och upp till mer än tillräckligt för att lösgöra sig från grannarnas vätebindningar. Att det är så märker vi om vi ställer fram ett öppet kärl med vatten. Efter några dagar har vattennivån minskat fullt märkbart även vid rumstemperatur. När vi var borta 5 veckor i sträck var till och med iskuberna i frysens -20 grader betydligt mindre än formen! Enskilda vattenmolekylers energi i kristallisk is kan alltså, slumpmässigt, bli så hög att de kan skaka sig loss och direkt övergå till vattenånga även i -20 grader, förmodligen lägre. Detta visar att effekter i atom- och molekylskala inte nödvändigtvis är desamma som vi upplever med våra sinnen. Och långt mer avvikande blir det i subatomära (kvant-) sammanhang.

Vattnets frystemperatur är tämligen konstant men koktemperaturen varierar kraftigt beroende på lufttrycket. Atomer och molekyler i luften motverkar vattenmolekylernas flyktförsök och riktar om dem så att många hamnar i vattnet igen. Först när man når den temperatur/rörelseenergi som gör att merparten vattenmolekyler klarar att lämna vattenytan för gott säger man att det kokar. Då vatten är polärt och domineras av vätebindningar hamnar kokpunkten högt och det går åt rejält med energi för att koka ”isär” en liter vatten.****

  • Att vatten är polärt ger det förmågan att lösa polära ämnen och interagera med andra molekyler i kroppen.
  • Att vatten är polärt gör det till ett fantastiskt effektivt kylmedel.

Vatten är tveklöst avgörande för liv som vi känner det och min plan är att framöver visa ytterligare några egenskaper som används i metabolismen.


*) Mer om kovalenta bindningar i Kemi 01: Kovalenta bindningar

**) En picosekund är 10-12 sekunder eller 0,000 000 000 001 sekund

***) Man måste avlägsna 80 kalorier (eller 334 Joule) för att omvandla 1 gram nollgradigt vatten till nollgradig is.

****) Man måste tillföra 540 kalorier (eller 2260 Joule) för att förånga 1 gram vatten.

Kemi 01: Kovalenta bindningar

Publicerat: 2015-05-18 i Kemi
Etiketter:,

Atomkärnor består av positivt laddade protoner och oladdade neutroner. De omges av en eller flera negativt laddade elektroner så att den sammanlagda elektriska laddningen för atomen i sitt grundstadium är noll. En elektrons massa är ungefär 1/1 800 av protonens och dess bana i storleksordningen 10 000 gånger större kärnans diameter. Den populära uppfattningen är att elektroner kretsar runt atomkärnan ungefär som jorden runt solen. Elektroners banor är inte så entydigt väldefinierade utan beskriver snarare  sannolikheten för var elektroner går att påträffa och brukar ibland liknas vid diffusa moln, luddiga i kanterna.

  • Trots att mycket av det som omger oss kan förefalla mycket påtagligt och solitt är det mesta tomrum.

Atomkärna med elektron

Bildkälla

Den allra enklaste atomen, väte (H, hydrogen), består av en proton samt en enda elektron som kan runda kärnan i flera olika banor på olika avstånd, där den enda långtidsstabila är den allra lägsta, de övriga har högre energi och kallas exciterade. Nästa grundämne är helium, He, där kärnan har två protoner, en eller fler neutroner och två elektroner. Varje nytt grundämne har fler och fler protoner i kärnan och samma antal elektroner i banor utanför. De två lagren utanför det första rymmer från 1 till maximalt 8 elektroner, sedan måste en ny nivå skapas där maximalt 18 elektroner ryms. Inget av de grundämnen som är essentiella (livsnödvändiga) för oss har elektronmoln som kan rymma mer än 18 elektroner. Jod (I) har störst antal protoner, 53, med elektronmoln där det yttersta är nästan fullt, det fattas en.

Ibland kan energin skilja något bland de elektroner som är kandidater för ett yttre moln och då hamnar de med större energi i ett ännu ”högre” moln. Dessa yttersta elektroner, normalt högst 8, bestämmer till stor del ämnets kemiska egenskaper och kallas valenselektroner.

Tumregel: De kemiskt mest reaktiva grundämnena har bara en elektron i yttersta skalet och kallas, förutom väte, alkalimetaller. De stabilaste har yttersta elektronmolnet helt besatt och kallas ädelgaser.

  • Den tyngsta alkalimetallen är Francium, radioaktivt med 22 minuters halveringstid och så kemiskt aktiv att man beräknar att det bara finns cirka 15 gram i hela jordskorpan.

I en kovalent bindning samsas två atomer om ett, två eller tre par elektroner.  När två lämpliga atomer hamnar nog nära varandra kan elektroner från vardera atomen ändra bana och göra svängar runt båda kärnorna istället, exempel på kovalent bundna molekyler är vätgas H2 och syre, O2.

  • Experiment: Blanda två delar vätgas med en del syre i ett provrör till knallgas. Tänd med öppen låga eller en gnista och det blir det en explosion som bildar vatten. Bildskärmsbundna kan googla själva eller titta på Wikipedia och Frågelådan

Det som händer på atom/molekylnivå är ungefär följande: I knallgasblandningen rör sig de olika gasatomerna huller om buller i hastigheter som är helt beroende av temperaturen. Vid rumstemperatur är deras hastigheter såpass måttliga att de aldrig riktigt ”krockar”, de negativt laddade elektronmolnen repellerar varandra och inget särskilt inträffar.

Om vi höjer temperaturen kraftigt någonstans i gasblandningen (till minst 570 grader Celsius) ökar de gasatomernas hastighet mycket kraftigt, elektronerna får högre energi, hamnar i en högre bana, exciteras, och kan ”tappa taget” om sin atomkärna. Den kan då börja cirkla runt mer än en atom, det nya sammanslagna systemets energi sjunker och avger överskottet i form av värme som driver reaktionen vidare. En sådan reaktion kallas exoterm, den avger energi även om man måste tillföra lite till att börja med för att få den att gå igång.

  • Hur lite/mycket energi krävs för att starta reaktionen? En tändsticka kanske, men gör du det med en gnista krävs cirka 20 mikrojoule. Energin i ett ordinärt 1,5V AA-batteri på 2000 mAh kan då, rent teoretiskt, starta över en halv miljard knallgasexplosioner.

Om reaktionen sker i ett provrör ser du hur den utrymmeskrävande gasblandningen sjunker ihop till några vattendroppar, kovalenta bindningar drar samman de nyss utspridda atomerna till kompakta vattendroppar, H2O.

  • Kovalenta bindningar är kraftiga och kräver en hel del tillförd energi för att sära igen.
  • Vattenmolekylen är inte ”rent” kovalent bundet.

Min målsättning: Jag vill försöka lära mig något om den grundläggande kemi som är viktig för mat och metabolism, ämnesomsättning. Ett sätt är att försöka förklara för mig själv så att jag tror att jag förstår. För att öka insatsen avsevärt väljer jag att utmana genom skriva mina tankar här. Om det blir fel eller överförenklat bortom räddning så hoppas jag att eventuella läsare påpekar och rättar så snart som möjligt i kommentarer eller via mail, adressen finns uppe till vänster.