Muskler arbejder, men hjernen bliver træt

Træthed er et kendt fænomen efter en koncentreret indsats, mental såvel som fysisk, og et betydeligt problem ved mange sygdomme. Under maksimalt arbejde er træthed både forudsigelig og forståelig, og denne form for træthed kan måske give inspiration til afklaring af årsagen til andre former for træthed. Hos patienter med iskæmisk hjertesygdom begrænses arbejdsevnen af angina pectoris, men i almindelighed er fysisk arbejde afhængigt af transporten af ilt til de arbejdende muskler og et begrænset anaerobt stofskifte. Om træthed herudover skyldes påvirkning af hjernens stofskifte er ikke klart, selv om central træthed som fænomen har været kendt i mere end 100 år.

Central træthed

Den første påvisning af central træthed var, da A. Mosso i slutningen af 1900-tallet med registrering af kraften ved repeterede kontraktioner af en finger viste, at træthed var mere udtalt efter end før en forelæsning. Siden er begrebet central træthed blevet udvidet til at beskrive den komponent af træthed, der, når den indtræder under arbejde udført med lukkede øjne, svinder, når øjnene åbnes [1]. At træthed provokeres af en koncentreret mental indsats er illustreret ved, at samtidigt arbejde med en anden muskelgruppe (afledende arbejde) har en hæmmende indflydelse på trætheden (Setchemows fænomen), dvs. fremmer præstationen.

Tilsvarende ses forskellig evne til at rekruttere musklerne, når arbejde udføres med et eller to ben. Kraften ved brug af begge ben er mindre end summen af den styrke, som udvikles ved brug af et ben ad gangen, men dette forhold kan ændres ved træning. Under gang og løb aktiveres benene alternerende, mens roere benytter begge ben samtidig, og de har en styrke ved brug af begge ben, der svarer til - eller er større end - summen af den kraft, de kan udvikle med højre og venstre ben hver for sig [1].

Evnen til at modstå træthed modvirkes af træning, og effekten er specifik. Træning reducerer træthed under repeterede kontraktioner med et ben efter etbenstræning, mens den ved ekstensioner af begge ben er uændret. Omvendt er træning af begge ben samtidig forbundet med mindre træthed under kontraktioner, der involverer begge ben, men påvirker ikke kontraktioner, der udføres med et ben. Også under maksimalt dynamisk arbejde udvikles der som påvist central træthed med en større kraftudvikling ved elektrisk induceret kontraktion end ved voluntær aktivering [2].

At træthed ved repeterede maksimale kontraktioner er central understøttes af, at den elektromyografiske aktivitet over musklerne falder med kraftudviklingen [1]. Yderligere udvikles træthed under repeterede muskelkontraktioner mest tydeligt under laboratorieforhold. Når forsøgspersonen er overladt til sig selv, provokeres kun minimal træthed, og »hjemmebanefordel« i idræt synes således at kunne underbygges eksperimentelt. Også det forhold, at en 20-30%s stigning i styrke ikke er forbundet med hypertrofi af musklerne viser, at rekruttering af muskelfibre kræver tilvænning eller indlæring.

I en isometrisk kontraktion opnås maksimal kraft efter 1-2 s, hvilket tyder på, at variation i styrke skyldes rekruttering af langsomme snarere end af hurtige og fasisk aktive muskelfibre, der kun aktiveres, hvis der også lægges vægt på hastigheden i kontraktionen. Tilsvarende medfører træthed under repeterede muskelkontraktioner, at evnen til at vedligeholde kraften i hver kontraktion mistes, mens udviklingen af kraft i begyndelsen af kontraktionen er (næsten) upåvirket [1] (Figur 1 ). Kontraktionerne kommer dermed til at ligne dem, der udvikles under patologiske forhold som ved myasteni, og når kontraktioner blokeres af et kompetitivt neuromuskulært blokerende stof, der især angriber musklernes langsomme fibre. Det er således de langsomme muskelfibre, som først udkonkurreres af det neuromuskulært blokerende stof, fordi de kun eksponeres for en lille mængde acetylkolin fra den motoriske nerve (det mindste quantum content ). Ved udmattelse har kontraktionerne en kort varighed, ca. 300 ms, mens en normal maksimal kontraktion varer 3-4 s.

Hjernens energistofskifte

Mens påvisning af central træthed er forholdsvis enkel, har det været vanskeligt at identificere ændringer i hjernen, der korrelerer til den varierende evne til at rekruttere musklerne. Den regionale gennemblødning stiger i relevante områder af hjernen under fysisk arbejde, som først påvist af Jes Olese n, men der er ikke fundet ændringer i hjernens globale gennemblødning og stofskifte [3]. En konstant global hjernegennemblødning og et konstant globalt stofskifte kan måske tages som udtryk for, at øget aktivitet i en del af hjernen ledsages af nedsat aktivitet i andre områder, og det kunne forklare, hvorfor det er vanskeligt at udføre mere end en koncentreret opgave ad gangen.

Hjernens energistofskifte er helt overvejende betinget af forbrænding af kulhydrat, idet optaget af aminosyrer og frie fede syrer ikke er kvantitativt betydende [4]. I stedet for at bestemme hjernens globale stofskifte kan akutte ændringer i dens stofskifte derfor vurderes som en ratio mellem dens optag af ilt og kulhydrat. Normalt er denne ratio nær 6 svarende til, at hjernens energistofskifte omsætter glukose til kuldioxid og vand. Denne ratio falder imidlertid under aktivering, som først påvist af Fox et al [5] i en undersøgelse af visuel cortex under lyseksponering (Figur 2 ). For hjernen som helhed bekræftede Peter Lund Madsen [6] dette fund under mentalt stress, og under fysisk arbejde ses et større fald i hjernens stofskifteratio [4]. Det største fald ses under udmattende helkropsarbejde med en værdi på omkring 3, og ved maksimal ergometerroning ses værdier på under 2 eller af samme størrelsesorden, som ses ved en regional vurdering [3]. Det svarer til, at den aktiverede hjerne har et uforklaret optag af kulhydrat på op mod 10 mmol. Omvendt stiger denne ratio til over 6 i restitution efter hårdt arbejde og under anæstesi.

I hvile er der en lille energimæssig ubetydelig laktatfrigørelse fra hjernen. Under fysisk arbejde er musklernes laktatproduktion øget, mens leverens elimination er hæmmet, og koncentrationen af laktat i blodet stiger til op mod 30 mM. Under disse forhold er der et betydeligt optag af laktat i hjernen proportionalt med den arterielle koncentration [4]. Den mængde laktat, som hjernen optager, bliver omsat, da det ikke ophobes i hjernevæv eller i spinalvæsken, og under arbejde indgår laktat derfor i beregningen af hjernens stofskifteratio.

Hjernens indhold af glykogen

Når muskler arbejder, leveres en del af energien fra glykogen, og under langvarigt arbejde indtræder der træthed, når musklernes indhold af glykogen udtømmes. Tilsvarende falder hjernens indhold af glykogen under aktivering som vist på rotter [6]. Under anæstesi i forbindelse med operation for ellers intraktabel epilepsi er hjernens indhold af glykogen bestemt til 6 mM (glykosylenheder) i grå og hvid substans og til 13 mM for hippocampus [7], og hjernens samlede depot af glykogen kan skønnes til at være ca. 10 mmol.

I hjernen er glykogen overvejende lokaliseret til astrocytterne, der udgør en fraktion af hjernen, og i astrocytterne nærmer indholdet af glykogen sig en størrelsesorden som i muskelceller. Accelereret neural aktivitet synes at være betinget af omsætning af glykogen og sekundær frigørelse af laktat til omsætning i neuronet (Figur 3 ). I analogi med musklerne kunne central træthed derfor indtræde, når hjernens glykogenindhold falder markant, og det ekstra uforklarede forbrug af kulhydrat under aktivering kunne spille en rolle i denne sammenhæng. Vurderet ud fra hjernens optag af ammonium kan kun en mindre del (ca. 10%) af den mængde kulhydrat, som hjernens synes at benytte under aktivering, være omsat til aminosyrer.

Hjernens oxygenering

Et mindre forbrug af ilt end af kulhydrat kan tyde på, at accelereret hjerneaktivitet er betinget af et anaerobt stofskifte, men det modsiges af, at der ikke ses laktatfrigørelse fra hjernen. Det har talt imod, at hjernen skulle have et betydeligt anaerobt stofskifte, at dens regionale oxygenering stiger under aktivering som påvist med nærinfrarød spektrofotometri, og vurdering af hjernens aktivering med funktionel magnetisk resonans bygger på dette forhold [3].

Imidlertid er hjernens kapillærer omgivet af astrocytter, der er en integreret del af blod-hjerne-barrieren. Dermed er diffusion fra kapillærerne til neuronerne længere end fra f.eks. kapillærerne til muskelcellerne, og hjernens funktion er mere påvirkelig af den arterielle forsyning af ilt, end det er tilfældet for musklerne. Under aktivering kan neuronernes stofskifte være betinget af en forøget iltforsyning, som synes at være styret af ratioen mellem laktat og pyruvat [8].

Foruden neuronal aktivering er hjernens oxygenering også påvirket af, at intenst dynamisk arbejde er forbundet med hyperventilation og faldende kuldioxidtension og dermed nedsat hjernegennemblødning [3]. Yderligere ses der under helkropsarbejde et markant fald i den arterielle ilttension, og med et fald i pH (laveste værdi 6,7) falder også den arterielle iltsaturation. Begge forhold truer hjernens iltforsyning, og under maksimalt arbejde kan hjernens saturation reduceres med mere end 10% (Figur 4 ) eller svarende til en værdi, der udløser, at en person får symptomer på at besvime [9].

Har hjernen et anaerobt stofskifte?

Under maksimalt arbejde kan frigørelse af interleukin 6 fra hjernen [2] tyde på en energikrise. Det er muligt, at det kontraktionsmønster, der udvikles under central træthed, kan forklares ved nedsat ilttension omkring neuronerne. Indånding af lave koncentrationer af ilt påvirker langsomme muskelkontraktioner mere end hurtige [10]. Maksimalt arbejde kan dermed være begrænset af evnen til at vedligeholde den normale rekruttering af muskelfibrene, hvor langsomme muskelfibre aktiveres før hurtige muskelfibre (orderly recruitment ). En central rolle for træning er at blive i stand til at udføre arbejde uden koncentreret indsats eller udtrykt i almindeligt sprog, at arbejdet udføres »på rygmarven« svarende til den eksperimentelt viste effekt af afledende arbejde. Det kunne tænkes, at central træthed opstår, når astrocytterne ikke kan forsyne det nærliggende neuron med laktat for accelereret stofskifte, og at dette problem er mest udtalt for kontrol af musklernes langsomme fibre.

Niels H. Secher, Anæstesiologisk Klinik, H:S Rigshospitalet 2041, DK-2100 København Ø. E-mail: nhsecher@rh.hosp.dk

Interessekonflikter: Ingen angivet