Bjørnen sover ...

I denne mørke tid er det nok manges drøm at kunne lægge sig til at sove og først vågne igen, når det er forår og lyst. Og tænk, hvis vi samtidig kunne slippe af med 20-30 kg overflødigt fedt, uden at muskelkraft eller knoglestyrke forsvandt.

Måske kan den komparative fysiologi åbne nye muligheder. Studier af bjørnens fysiologi har vundet stigende interesse i de senere år.

Bjørnen - såvel den brune bjørn (grizzly, Ursus arctos), som den sorte bjørn (Ursus americanus)* - går i hi 3-5 mdr. (i Nordalaska op til 7 mdr.) uden at spise, drikke, urinere, defækere eller vågne op og bevæge sig. Alligevel lider den ikke af uræmi, har et meget begrænset muskeltab, så muskelkraften ikke falder væsentligt, og den udvikler ikke osteoporose. Kropstemperaturen synker kun nogle få grader til 31-35°C (i modsætning til de fleste pattedyr i dvale) (1). Dette er betydningsfuldt, da den umiddelbart kan vækkes og flygte, hvis den forstyrres.

Hjertefrekvensen reduceres derimod kraftigt fra det normale 40-50 slag/min i hvile om sommeren til 8-10 slag/min (2-4). Oven i købet præsterer hunnen at kunne føde og amme 1-3 unger!

Hvilke mekanismer er der på spil? - Kan de overføres til gavn i den humane fysiologi/patofysiologi? Der har været spekulationer vedr. behandling af uræmi, osteoporose, fedme og hyperkolesterolæmi, inaktivitetsatrofi samt faktorer af betydning for rumflyvning og organdonation (5).

Fysiologiske stadier i bjørnens cyklus

Der er beskrevet fire faser i bjørnens årlige cyklus:

1. Dvale (hibernation)

2. Walking hibernation

3. Normal aktivitet

4. Hyperfagi

En voksen, sort bjørnehan vejer op til 300 kg, en hun 120-180 kg. I dvale taber den 15-33% af kropsvægten, næsten udelukkende fedtvæv (3, 6). I fase 2, som varer nogle få uger, er der minimal føde- og væskeindtagelse. I den normale aktivitetsperiode om sommeren indtager den ca. 8.000 kcal/dag (33.500 kJ/dag) (3). Den daglige urinproduktion ligger på ca. 2 l (2). Ved fødeknaphed reagerer den som mennesket på faste. I hyperfagiperioden spiser den op til 20 timer om dagen og indtager 15.000-20.000 kcal/dag (63.000-80.000 kJ/dag) (3). Den har øget insulinproduktion, som faciliterer optagelsen af den meget kulhydratrige føde, hvilket efterfølgende lagres som fedt. Vægtstigningen er op til 350 g/dag (7). Urinproduktionen er høj, 8-16 l/dag (1). Omtrent en måned før den går i hi, taber den gradvist madlysten, og når den går i hi er fordøjelseskanalen tømt.

Metabolisme i dvale

I dvaletilstanden forbrænder den op til 4.000 kcal/dag (17.000 kJ/dag) (2, 3). Dette svarer til et vægttab på ~400 g fedt/dag (3, 7), mens der kun sker et minimalt tab af fedtfri legemsmasse (3, 7, 8). Fedtforbrændingen giver varme (hiet er ganske dårligt isoleret), energi til proteinsyntese og bidrager med væske til modvirkning af det respiratoriske væsketab (6).

Proteinomsætning

I dvale indgår aminosyrer fra proteinkatabolisme fortrinsvis i genopbygning af proteiner frem for at indgå i urinstofcyklus (6, 7), hvorved urinstofkoncentrationen i plasma falder markant i anuri-perioden (7, 9). 99,7% af det producerede urinstof bliver genbrugt (7). Den glomerulære filtration fortsætter, men ultrafiltratet reabsorberes og recirkulerer. Kvælstoffet indgår i protein-genopbygningen, mens kuldioxid udskilles med respirationen (1). Urinvolumen falder til 100 ml/døgn og reabsorberes gennem blærevæggen (1). Den totale proteinomsætning er uændret fra hyperfagiperioden og reflekterer en bevaret lever-, tarm- og muskelfunktion trods dvaletilstanden (hvilket er forskellig fra sult [starvation], hvor den har samme respons som mennesker) (7).

Fedtomsætning

Målinger af nonesterificerede fedtsyrer (NEFA) har vist en fordobling af alle grupper (mættede, monoumættede og polyumættede) i dvaletilstanden som refleksion af mobilisering af fedtdepoterne (10). Kolesterolkoncentrationen er ligeledes fordoblet, men bjørnen viser ingen tegn på arteriosklerose og får ikke kolesterolgaldesten. Den danner en speciel galdesyre, ursodeoxycholsyre, som opløser galdesten (5) og nu anvendes i behandling af mennesker med intrahepatisk kolestase ved primær biliær cirrose (11). Lipasekoncentrationen i blod er 1/10 af det normale sommerniveau, mens der er rapporteret om en voldsom stigning (17 gange) i ketonstoffer (10). Andre forfattere har kun fundet en mindre stigning i beta-hydroxy-butyrat (3), og acetoacetat er fundet uændret (3, 10). Mennesker i faste udvikler en betydeligt voldsommere stigning.

Den respiratoriske kvotient falder fra 0,78 til 0,62-0,69 (2), endnu lavere end for ren fedtmetabolisme, hvilket kunne tyde på genbrug af kuldioxid i et vist omfang.

Fedt –> glykogen?

I det brune fedt hos bjørnen er der fundet enzymer, som muliggør syntese af glykogen fra fedtsyrer (isocitrat-lyase og malat-syntase, der muliggør konvertering af acetyl-coA fra fedt til hexose) (12). I dvale øges evnen til at syntetisere glykogen fra fedtsyrer. Denne evne har været kendt fra visse planter og encellede dyr og padder, men er nu også fundet hos bjørnen!

Knoglevæv - osteoporose?

Inaktivitet eller blot reduceret mekanisk belastning af knoglesystemet medfører et accelereret knogletab hos alle undersøgte dyrearter inkl. mennesket. Der er fx fundet et 30% fald i kalkaneusknogletæthed efter 28 ugers sengeleje hos raske studenter, og generelt finder man 1% nedgang i trabekulær knogle per inaktivitetsuge mod et forventet årligt tab på 1% efter menopausen (13). Men hos bjørnen ses en helt unik metabolisk tilpasning som beskyttelse. Serum-calcium er det samme i dvale som i aktivitetsperioderne forår og sommer. Immobilisering medfører også hos bjørnen øget osteoklastaktivitet og øget knogleresorption. Men den osteoblastinducerede knogledannelse fortsætter uændret i dvaletilstanden, hvilket medfører uændret knoglemasse (9). Dog er der fundet en hypermetabolisk tilstand som parameter for knoglenydannelse og mineraldeponering i tilslutning til den øgede belastning i fase 2 og 3 efter 4 mdr.s dvale (9). Forfatterne foreslår, at bjørnen producerer en osteoregulatorisk substans, som muliggør fortsat osteoblastaktivitet trods voldsom reduktion i belastningen på skelettet. Dette kunne have vidtgående kliniske konsekvenser som forebyggelse af osteoporose.

Muskelatrofi?

Bjørnens hi er lille, gennemsnitligt 45 cm dybt og 75 cm i diameter. Dette tillader ikke bevægelse, og bjørnen tilbringer også dvalen i sammenrullet tilstand med hovedet hvilende mellem forlabberne. Hos mennesket ville en inaktivitetsperiode på 130 dage medføre et estimeret tab i muskelstyrke på 90% (4-5% per uge) (14). Hos bjørnen er nedgangen i muskelstyrke under 23% (15). Bortset fra et lille fald i type 1 (slow twitch)-fibre i biceps er der fundet meget begrænsede forandringer i muskelfiberantal og -areal, dvs. markant mindre end det, som inaktivitet normalt medfører (8). Der er ikke konstateret muskelkramper hos bjørnen (serum-magnesium ligger højt, ligesom hos andre dvaledyr) og ikke hyppige, spontane bevægelser. Som nævnt foregår der en betydningsfuld proteinresyntese, idet en vis proteinomsætning finder sted bl.a. til sikring af væskebalancen (bjørne i dvale dehydreres ikke, og hæmatokritniveauet er uændret). Hos lakterende hunbjørne ses dog et vist proteintab og følgelig en nedgang i muskelmasse.

Ud over genopbygningen af muskelproteiner er mekanismen for bevarelse af muskelstyrke ukendt. Man spekulerer i faktorer som kulderystelser eller isometriske kontraktioner, men også ukendte processer, der kunne være af betydning i behandling af muskellidelser, inaktivitetsatrofi eller langvarig vægtløs tilstand.

Hormonel indflydelse

Forandringer i hypothalamus- og hypofysefunktion er formentlig nødvendige for de specielle metaboliske forhold, der gør sig gældende i dvaletilstanden. Der er tegn på hypotalamisk hypothyroidisme, men paradoksalt nok øget testosteronniveau trods anoreksitilstanden (3)! Muligvis bidrager den øgede androgenproduktion til opretholdelse af dvalen hos hanbjørnen (de hormonelle forhold er ikke fundet belyst hos hunbjørne).

Alligevel er der store uløste spørgsmål vedrørende udløsende faktorer for de enkelte faser i bjørnens cykli. Vil det være muligt at isolere faktorer til anvendelse i fysiologien/ patofysiologien hos mennesker?

Sov på det ... og GOD JUL!

Ledende fagbibliotekar Povl Jørgensen, Amtssygehuset i Herlev, og zoolog Mogens Andersen, Zoologisk Museum, takkes for hjælp med fremskaffelse af litteratur.

*) Der gælder specielle forhold for isbjørnen, som ikke skal belyses nærmere i denne artikel.

Litteratur