Inlägg märkta ‘koldioxid’

During prolonged starvation, brain energy requirements are covered in part by the metabolism of ketone bodies. It is unknown whether short-term starvation of a few days’ duration may lead to reduced brain glucose metabolism due to the change toward ketone body consumption.

Min tolkning: Vid utdragen svält täcks delar av hjärnans energibehov av ketoner. Det är inte känt om en kortvarig svält under några dagar leder till minskad glukosmetabolism beroende på ökad ketonanvändning.

Källa: Brain Metabolism During Short-Term Starvation in Humans (Fri fulltext, 1994), Abstract

Min åsikt: I studien används ordet starvation/svält på ett sätt som ger sneda associationer. Tre dagar utan mat kan givetvis uppfattas som obehagligt, men svält i ordets bemärkelse är det inte. Jag kommer att använda ordet, men under protest.

Det är väl känt och dokumenterat att människor kan leva helt utan mat (men med vatten!) i ett par månader, till och med förbi 70 dagar. Läs om matvägrande IRA-fångar i Mazefängelset på Nordirland, andra strejken 1981. Om man utgår från konventionella åsikter att hjärnan kräver 500 kcal i form av glukos (dryga 120 gram) skulle enbart den kräva (120 gram * 60 dagar) 7,2 kilo glukos. Proteiner (aminosyror) och kolhydrater (i detta fall glukos) ger ungefär samma mängd energi per viktenhet. En stor skillnad mellan de två energikällorna är att de lager av proteiner vi har i kroppen (ex. muskler) alltid innehåller avsevärda mängder vatten. I praktiken innebär det att det skulle krävas 22 – 24 kg muskelvävnad för att försörja enbart hjärnan. Fångarna magrade visserligen av rejält, men långt ifrån så mycket.

Under normal physiological conditions, glucose is the only significant energy source of the human brain (Kety, 1957).

Min tolkning: Under normala fysiologiska förhållanden är glukos den enda påtagliga energikällan för den mänskliga hjärnan.

Här gör man sig skyldig till en tendentiös tolkning av vad ”normal physiological conditions” innebär. I en miljö där kolhydratrik föda dominerar så är det logiskt att hjärnan (som ständigt kräver energi oavsett om man tänker eller ej) tar sitt ansvar för att hålla nere blodsockret inom hälsosamma gränser.

Owen et al. (1967) showed that in obese subjects ketone bodies accounted for 60% of the energy supply to the brain after 5-6 weeks of starvation, thus replacing glucose as the predominant source of energy.

Min tolkning: Owen och medarbetare visade att hos obesa (feta) bidrog ketoner med 60% av hjärnans behov efter 5-6 veckors svält och ersatte därmed glukos som den dominerande energikällan.

Detta är ett ypperligt exempel på metabol flexibilitet som tillåter oss att använda olika energiråvaror* efter tillgång. Vad händer på den fronten i detta betydligt kortare experiment? En liten försmak finns i Tabell 1.

cbf-arterial-pco2-and-ph-before-and-during-starvation

CBF betyder Cerebral Blood Flow, alltså ett mått på blodflödet i hjärnan och är lika oavsett svält eller ej.

En statistiskt säkerställd skillnad finns mellan CO2 (koldioxid) vid normalkost respektive svält och pH sjunker något.

Ändringen av CO2 och pH är en logisk följd av att hjärnans energiförsörjning gradvis tas över av ketoner.

  • Glukos transporterar in mer bundet syre (kvoten O/C är 1 för glukos) i hjärnan än ketoner där O/C är 0,75 vilket innebär att mindre mängd koldioxid måste elimineras ur hjärnan hos ketondrivna.**
  • Att pH sjunker något är en följd av att ketonen beta-hydroxybutyrat är en lätt modifierad variant av fettsyran n-butansyra vilket ger den egenskapen att kunna passera blod-hjärnbarriären.

With use of two independent methods, the present study showed that the glucose consumption of the human brain was reduced to -75% of control values after 3.5 days of starvation.

Min tolkning: Genom att använda två oberoende metoder visar denna studie att hjärnans glukosanvändning minskar till cirka 75% av utgångsvärdet efter 3,5 dygns svält.

Tabell 2 visar ett antal intressanta parametrar:

table-2-arterial-concentrations-and-arteriovenous-differences-of-substrates-before-and-during-starvation

De två nedersta raderna är särskilt betydelsefulla då de visar hjärnans användning av energiråvaror vid normalläge respektive svält. Relativt normalläget sjunker glukosanvändningen med 24%, beta-hydroxybutyrat ökar 13 gånger, acetoacetat (en annan keton) ökar drygt 6 gånger och fria fettsyror (FFA) med 9 gånger!

The reduction in glucose metabolism is approximately half of that observed after prolonged starvation (Owen et aI., 1967; Redies et aI., 1989), indicating that the shift toward ketone body consumption of the same magnitude as that observed during prolonged starvation may occur gradually.

Min tolkning: Minskningen av glukosmetabolismen (i denna studie) är ungefär hälften av vad som observerats av Owen och Redies. Detta antyder att anpassningen till ketonanvändning sker gradvis.

Vi anpassar oss gradvis till de förhållanden vi lever i. Även om vi har potential att klara väsentligt olika miljöer och livsstilar så är det oekonomiskt för kroppen att ständigt vara 100% beredd på allt.

  • Den som sällan eller aldrig tränar vet att det är oklokt att ställa upp i Vasaloppet.
  • Om jag är van vid svensk hygienstandard vad gäller mat innebär det inte att jag eller andra medresenärer klarar Marockansk mat utan vidare (nyligen självupplevt).
  • Om vi ständigt matar kroppen med kolhydratrik mat så är vi inte omgående beredda att klara det man i studien kallar svält utan vidare.

The reduction in glucose metabolism would lead to a reduction in ATP production of 2.7 mmol g-1 min-1, if each mol of glucose were to yield 38 mol ATP and the egress of lactate and pyruvate were corrected for. The combined influx of beta-hydroxybutyrate and AcAc during starvation of 0.20 mmol g-1 min-1 would yield 5 mmol ATP g-1 min-1, if it is assumed that 1 mol beta-hydroxybutyrate generates 26 mol ATP and 1 mol AcAc generates 23 mol ATP. Because the ATP gain from ketone bodies was greater than the decrease in ATP production from glucose during starvation, the total ATP production seemed increased. Thus, the cerebral ATP state might even be improved during ketone body consumption, as has been reported in an experimental study (De Vivo et aI., 1978).

Min tolkning: Man jämför produktionen av ATP (kroppens primära ”energivaluta”) från olika ketoner med den från glukos och finner att den ökar vid ketondrift!

Att koldioxidproduktionen i hjärnan minskar samtidigt som ATP-produktionen ökar vid ketondrift kan förklara varför de som fastar förbi de inledande obehagen ofta upplever en euforisk känsla.

Läs även Vilken är vår viktigaste energikälla? och Om ketoner, för den misstänksamme


*) Fetter, proteiner och kolhydrater anses ge oss den energi vi behöver, men det är först sedan de processats i många steg till ytterst små energienheter som ATP, NAD+, NADH samt elektriska potentialskillnader över cellmembran som kroppen kan utnyttja. Denna raffinering av energigivande råvaror sker i huvudsak i cellernas inre samt i mitokondrierna.

**) Summaformeln för glukos är C6H12O6. All energi som kan utvinnas i kroppen finns lagrad i kemiska bindningar där kol (C) är ena parten och utvinningen sker genom oxidation med syre (O). Redan i grundläget är varje kol i glukosen associerat med en syre (O), kvoten O/C = 1. Summaformeln för den dominerande ketonen, beta-hydroxybutyrat, är C4H8O3 vilket ger O/C = 3/4 = 0,75.

Annonser

Har du funderat över vart fettet tar vägen när du går ner i vikt?

150 tillfrågade yrkesproffs som läkare, dietister och personliga tränare (PT) gav sina förslag, se nedan.

When somebody lose weight

Passar något eller några av dem in på hur du tänker? För er som inte läser engelska är alternativen Energi/värme, Annat, Avföring, Blir muskler, Svett/urin, Vet inte samt Koldioxid och vatten. Ha inte bråttom nu, tänk efter och låt det ta en stund.

  • I runda slängar har 65% av läkarna, strax under 70% av dietisterna och drygt 55% av PT satsat på energi/värme, något mindre än 2/3 av alla. Inte kan väl dom ha fel?
  • Av någon anledning tycks tredje, fjärde och femte alternativen dra till sig PT:s intresse mer än övrigas. ”Träna, svettas och skit mer”, eller?
  • Att det alls finns någon läkare tror att fettväven blir muskler är skrämmande, att 5 gånger fler dietister och PT satsar på det är kanske inte så förvånande.

Trots att frågan är ytterst grundläggande är det få proffs inom kost och hälsa som har ordning på vad som händer, gissningsvis ännu färre lekmän.

För det första, att fettmassan går bort som energi/värme är riktigt fel. Den intresserade kan ju sätta in siffrorna i Einsteins berömda formel E = mc2 och se hur orimligt svaret blir*. Bara några få gram fett helt omsatt till energi skulle övertrumfa Hiroshimabomben. Så där försvann nästan 2/3 av alla kost & hälsaproffsen. Poof.

Ruben Meerman och Andrew J Brown, professor vid School of Biotechnology and Biomolecular Sciences, University of New South Wales i Australien räknade på detta och publicerade resultatet i British Medical Journal.

I fortsättningen räknar vi bara på fett, triglycerider/triacylglycerol, inte faktisk fettväv. En fettmolekyl består av tre fettsyror bundna till en glycerolmolekyl. De tre vanligaste fettsyrorna i mänsklig fettvävnad är oleate (C18H34O2), palmitate (C16H32O2) och linoleate (C18H32O2) och när de förestras (”kombineras”) med glycerol till en ”medelfettsyra” får den summaformeln C55H104O6, anmärkningsvärt nära den av Hirsch** publicerade.

Lägg märke till att fett enbart innehåller kol, väte och en liten gnutta syre. Kan det vara till någon ledning?

Den energi (egentligen exergi) som vi kan utvinna ur ett ämne, i detta fall en fettmolekyl, finns att hämta i bindningar mellan de enskilda atomerna. För att bli praktiskt användbart måste denna utvinning av energi ske i många små steg med en ytterst finreglerad användning av enzymer och syre. Om vi hoppar över alla mellanliggande steg kan summaformeln för energiomsättningen av en ”medelfettmolekyl” skrivas:

C55H104O+ 78O2 → 55CO+ 52H2O + energi ***

Där har vi svaret! Eller början till det, åtminstone.

Om en kemist beräknar detta (avrundat) kommer en fullständig oxidation av 1 kilo mänskligt fett att förbruka 2.9 kg inandat syre och resultera i 2.8 kg koldioxid samt 1.1 kg vatten.

När vi lyckas ”bränna” fett, oavsett om det kommer från egen fettväv eller från maten, resulterar det i koldioxid som vi andas ut via lungorna och vatten i form av urin, avföring, svett, via andning, tårar och vadhelst din kropp kan avge som vätska.

Gå tillbaka till den första grafen och notera att det enda korrekta svaret kom från (3 av 50) dietister, övriga 147 svarade fel eller inte alls.

Endast för nördar:

  • Om du tittar närmare på vänstra delen av formeln så ser du att av alla syreatomer, 162 stycken totalt, kommer bara 6 från fettmolekylen och resten från syret man andas in. Detta är ett av skälen till att fett har stor förmåga att lagra energi.
  • En ordinär person på kanske 78-80 kg förbrukar cirka 60 kcal/km, motsvarande cirka 1/150 av ett kilo fettväv. H*n andas då ut knappa 20 gram koldioxid, ungefär 1/6 av en hyfsat energisnål bil som väger 1 ton eller lite mer. En bil är därför, räknat per förflyttat antal kilo, mer ekonomisk än en människa.
  • Ska vi då sluta ”bränna fett” för att inte bidra till ökade koldioxidutsläpp? Vart du än vänder dig idag finns alltid någon som skriver/pratar om att vi skall vara ”miljösmarta” och undvika sådant som ger koldioxidutsläpp. Märk att både Svenska Kyrkan och dietister numera omfokuserar och ”kramar klimatet” istället när deras traditionella idéer ifrågasätts. De verkliga utsläppen kommer från fossila kolkällor, inte fisande kor. Den koldioxid som du och andra djur andas ut är det som bygger det träd du har närmast intill, 90-95% av torrvikten i det mesta som växer omkring dig kommer från koldioxid. När de sedan växer lämnar de tillbaka det mesta av syret till dig och annat levande för att förädla till deras viktigaste näringskälla, koldioxid.

*) 1 mikrogram (µg = miljondels gram) massa som helt omvandlas till energi/värme enligt E = mc2 ger 25 kWh. Hur många kWh förbrukar din bostad på ett år?

**) Hirsch J, Farquhar JW, Ahrens EH, Jr, Peterson ML, Stoffel W. Studies of adipose tissue in man. A microtechnic for sampling and analysis. Am J Clin Nutr 1960;8:499-511.

***) Var kommer energin/exergin ifrån? Jo, det är från de kemiska bindningarna mellan kol– och väteatomerna, inte atomerna i sig.