.png)
Mikael Paajanen ja Elmiira Saarelainen 13.3.2023
Urheiluselostuksia ja kahvipöytäkeskusteluja kuunnellessa saatetaan mainita maitohapot esimerkiksi silloin, kun joku hyytyy tai puskee hampaat irvessä loppusuoralla. Välillä jopa liikuntatieteellisissä julkaisuissa on edelleen mainittu maitohappo (lactic acid) syyksi väsymykseen, mikä ei nykytiedon valossa pidä paikkaansa. Myöskään se ei pidä paikkaansa, että ihmisessä kerääntyisi maitohappoa.
Ihmisen PH asettuu normaalisti 7.35-7.45 välille eikä se tipu raskaassakaan rasituksessa yleensä alle 6,5 (Juel 2008). Maitohappo on laktaatin happopari, eli kyseessä on periaatteessa sama molekyyli, mutta maitohapossa on yksi vetyioni enemmän kuin laktaatissa. Maitohappo viihtyy pH arvoissa, jotka ovat alle 3.8, eikä tällaisia lukemia tule vastaan elossa olevassa ihmisessä (Robergs et al. 2004). Laktaatti taas viihtyy pH arvoissa, jotka ovat selkeästi yli 3.8 ja varsinkin lähellä ihmisten pH arvoa, joka on 6.5-7,5. pH kuvastaa vetyionien määrää nesteessä ja yhden pH:n muutos tarkoittaa 10-kertaista muutosta vetyionien määrässä.
Se mikä pitää paikkansa on, että raskaassa liikunnassa lihaksen pH arvo laskee, mikä tekee lihaksesta happamamman, eli on ihan hyväksyttävää puhua hapotuksesta. Kun vetyionien (H+) määrä lisääntyy, niin lihaksen pH arvo laskee. Mitä enemmän on vetyioneja sitä matalampi on pH. Mutta vetyionitkaan eivät ole ainoa syyllinen väsymykseen. Syitä väsymykseen ja hapotuksen tunteeseen on myös muita, eikä näistä ole täyttä (yhteis)ymmärrystä vielä. Väsymyksen arvioidaan johtuvan vetyionien määrän nousun lisäksi:
inorgaanisen fosfaatin ja muiden aineenvaihduntatuotteiden määrän noususta
lihasten turvotuksesta ja hapenpuutteesta
välittömien energialähteiden (ATP, kreatiinifosfaatti) ja lihaksissa olevien hiilihydraattivarastojen vähenemisestä
kalsiumin vapautuksen heikkenemisestä väsymyksessä
kaliumkonsentraation noususta solunulkoisessa tilassa
vapaiden radikaalien määrän noususta
lämmön noususta
(Brooks 2018, Hulmi luentodiat JYU 2023).
Onko laktaattimittauksessa järkeä?
Laktaattimittaus kertoo veren laktaattipitoisuuden ja se on hyvä osoitin siitä, paljonko tuotetaan energiaa hapettomasti glykolyysin avulla ja paljonko vetyioneja kertyy, koska laktaatin muodostuminen on yhteydessä glykolyysiin. Kun hiilihydraatit pilkotaan energiaksi alkaa prosessi nimeltä glykolyysi, jossa tapahtuu kymmenen reaktiota, jotka eivät vaadi happea. Glykolyysistä saadaan pieni määrä ATP:tä (2–3 kpl) nopeasti. ATP eli adenosiinitrifosfaatti on solun energiayksikkö ja lyhytaikainen energiavarasto. Energiaa tuotetaan näin esimerkiksi raskaan liikunnan aikanan, joka kestää n. 30-90 sekuntia (Hargreaves & Spriet 2020).
Glykolyysin lopputuotteena on pyruvaatti, joka hapen läsnä ollessa hapettuu muodostaen asetyyli koentsymi-A:n, joka etenee sitruunahappokiertoon, elektronisiirtoketjuun ja lopuksi oksidatiiviseen fosforylaatioon (mihin tarvitaan happea). Jos kaikki edellä mainittu tapahtuu, on hiilihydraatti pilkottu aerobisia reittejä pitkin ja lopputuotteena on muodostunut vettä ja hiilidioksidia, sekä 30 - 32 ATP molekyyliä (Brooks 2018).
Glykolyysi ei voisi jatkua kovassa rasituksessa ilman laktaatin muodostumista. Pyruvaatti vastaanottaa NADH:lta kaksi vetyionia ja pelkistyy laktaatiksi. Tässä prosessissa vapautuu NAD+, joka voi sitoa yhden vetyionin. Kymmenvaiheisen glykolyysin kuudennessa vaiheessa tarvitaan nimenomaan NAD+, joka sitoo yhden muodostuneen vetyionin (H+) (Lawrence et al. 2010). Jos pyruvaatti ei pelkistyisi laktaatiksi, vapauttaen NAD+:n, glykolyysi ei voisi jatkua ja harjoitus loppuisi lyhyeen. NADH ja FADH2 ovat koentsyymejä, jotka toimivat elektroninsiirtäjinä ja niillä on hyvin tärkeä rooli aerobisessa energiantuotossa. Laktaatti sitoo kaksi vetyionia ja näin ollen se ei aiheuta happamuutta vaan ennemminkin vähentää sitä (Meerhaeghe & Velkeniers 2005).
Laktaattia siis muodostuu erityisesti silloin, kun energiaa tuotetaan anaerobisen glykolyysin avulla. Anaerobisessaglykolyysissä ja välittömien energianlähteiden (ATP;n ja fosfokreatiinin) pilkkomisesta muodostuu vetyioneja. Kun happea on saatavilla, vetyionit hyödynnetään elektroninsiirtoketjussa ja oksidatiivisessa fosforylaatiossa. Jos harjoituksen intensiteetti on korkea ja happea ei kulkeudu tarpeeksi lihaksille, muodostuu enemmän vetyioneja, kuin mitä aerobisesti ehditään käsitellä ja lihaksen pH laskee (Robergs et al. 2018).
Laktaatti ei ole kuona-aine
Laktaattia on vielä joitain vuosia sitten pidetty väsymystä aiheuttavana kuona-aineena, mutta nykyään tiedetään, että sillä on useita, varsinkin liikunnan aikana hyödyllisiä vaikutuksia. Tänä päivänä tiedetään myös, että laktaattia tuotetaan jatkuvasti lepotilassakin (Brooks 2018).
Brooks (2018) luettelee seuraavat laktaatin tehtäviksi:
1) tärkeä esiaste glukoneogeneesille, eli hiilihydraatin uudelleenmuodostukselle
2) energianlähde
3) signaalimolekyyli.
Corin sykli, eli glukoosi-laktaattikierto on prosessi, jossa laktaattia ja glukoosia kierrätetään lihasten ja maksan välillä. Kierrossa ensin laktaatti kulkeutuu lihaksesta verenkiertoon ja edelleen maksaan. Sitten maksassa laktaatti muutetaan pyruvaatiksi, josta siitä muodostetaan glukoosia. Hiilihydraattien muodostamista muista energianlähteistä kutsutaan nimellä glukoneogeneesi. Myöhemmin maksa pystyy vapauttamaan glukoosia verenkiertoon, josta lihas pystyy ottamaan sen vastaan. (Bergman et al. 2000) Alla oleva kuva auttaa havainnollistamaan kyseistä prosessia.
Laktaatin siirto tuottajasoluista vastaanottajasoluihin - lactate shuttle theory
1986 (Brooks) loi pohjat hypoteesille, että laktaattia voidaan käyttää energiaksi myös nopeammin, ja muita reittejä hyödyntäen, kuin corin syklin kautta. Tätä hypoteesia kutsutaan lactate shuttle theoryksi ja sen mukaan laktaatti linkittää anaerobisen ja aerobisen aineenvaihduntareitit kaikkien eri solujen, elinten ja kudosten välillä. Hypoteesissa puhutaan laktaatin tuottaja- ja kuluttajasoluista, mikä tarkoittaa sitä, että laktaatti voi olla yhdessä solussa glykolyysin lopputuote ja toisessa soluhengityksen lähtöaine. (Brooks 2018).
Esimerkiksi laktaattia voidaan tuottaa lihaksissa glykolyysissä, jonka jälkeen se kulkeutuu verenkierron kautta aivoille, jossa siitä saadaan energiaa soluhengityksellä mitokondrioissa .Laktaatin kuljetuksesta solusta ulos ja sisään vastaavat MCT-transporterit (mono carboxylate transporters). Laktaatti toimii myös siten, että sitä voidaan siirtää lihaksesta toiselle tai saman lihaksen sisällä eri lihassolutyyppien välillä; glykolyyttisistä nopeammista lihassoluista aerobisille hitaammille lihassoluille. (Brooks 2018; Hui et al. 2017)
Laktaatilla on siis tärkeä rooli energia-aineenvaihdunnassa (Hui et al. 2017). Laktaatti on sydänlihaksen tärkein energianlähde liikunnan aikana (Dong et al. 2021 & Brooks 2021) ja sitä käytetään myös aivoissa (Glenn et al. 2015) maksassa ja munuaisissa (Bergman et al. 2000), sekä hermosoluissa (Pellerin et al. 1998).
Alla olevassa kuvassa havainnollistettuna sydämen energiankäyttö levossa ja maltillisessa rasituksessa. Laktaatin tuoton lisääntyessä sydän hyödyntää sitä vielä isommissa määrin (Brooks 2018).
Laktaatilla saattaa olla signalointirooli useammassa tapahtumassa
On esitetty, että laktaatti saattaisi signaloida lihaskasvua (Cerda-Kohler et al. 2018) mahdollisesti lisäämällä testosteronin tuotantoa (Lawson et al. 2022) ja histoonien asetylaatiota (Willkomm et al. 2017), joka on harjoittelun aikaansaama epigeneettinen muutos, joka löyhentää DNA:n pakkaamista mikä paremmin mahdollistaa transkription. Edellä mainitut ovat vain osa tutkimusmateriaalia, joka linkittää laktaatin lihaskasvuun, mutta näyttö saattaa olla hieman hataraa vielä, eikä teksti ainakaan muutu yhtään helpommaksi, joten jäämme odottamaan mitä tulevaisuuden tutkimukset näyttävät toteen.
Laktaatti näyttää myös toimivan signalointityökaluna kestävyysharjoittelun adaptaatioissa, mikä sinänsä tule yllätyksenä. PGC-1α (Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma coactivator) vastaa mm. mitokondrioiden rakentamisesta ja se näyttäisi toimivan yhteistyössä laktaatin kanssa siten, että laktaatin kertyminen stimuloi PGC-1α:n tuotantoa ja PGC-1α vuorostaan näyttää modifioivan laktaatin aiheuttamia adaptaatioita lihaksessa (Nalbandian & Takeda 2016 & Kitaoka et al. 2016). Laktaatilla näyttää olevan rooli geenien ja proteiinien säätelyssä, jotka vaikuttavat mitokondrioiden massaan, toimintaan ja oksidatiiviseen aineenvaihduntaan lähinnä tyypin 1 lihassoluissa (Kitaoka et al. 2016).
Niin kuin aikaisemmin todettiin, myös aivot käyttävät laktaattia energianlähteenä (8% levossa ja 25% rasituksessa. Myös aivojen osalta on esitetty, että energianlähteen lisäksi laktaatilla olisi muita hyödyllisiä vaikutuksia esimerkiksi aivojen verenkiertoon (Lawson et al. 2022). Tämä saa jäädä aiheeksi tulevaisuuden artikkeliin.
On kuitenkin selvää, että laktaatti ei ole maitohappoa, eikä missään nimessä mikään turha kuona-aine, vaan sillä on tärkeä rooli energianlähteenä, jota voidaan siirrellä kätevästi. Laktaatilla on myös monia muita yllämainittuja hyödyllisiä vaikutuksia. Tekee melkein mieli lähteä kiskaisemaan pari hapottavaa ylämäkeä tältä istumalta.
Lähteet
Hargreaves, M., Spriet, L.L. Skeletal muscle energy metabolism during exercise. Nat Metab2, 817–828 (2020). https://doi.org/10.1038/s42255-020-0251-4
Juel, C. (2008). Regulation of pH in human skeletal muscle: adaptations to physical activity. Acta Physiologica, 193(1), 17–24. doi:10.1111/j.1748-1716.2008.01840.x
Robergs R. A., Ghiasvand F. & Parker D. (2004). Biochemistry of exercise-induced metabolic acidosis. American Journal of Physiologiy, 287(3), R502-16. DOI: 10.1152/ajpregu.00114.2004. PMID: 15308499.
Brooks G. A. (2018) The Science and Translation of Lactate Shuttle Theory. Volume 27, Issue 4, 3 April 2018, Pages 757-785. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2018.03.008
Lawrence et al. 2010. An enzymatic approach to lactate production in human skeletal muscle during exercise.
A.van Meerhaeghe, B.Velkeniers (2005). Lactate production and exercise-induced metabolic acidosis: guilty or not guilty?. European Respiratory Journal 2005 26: 744; DOI: 10.1183/09031936.05.00059005
Dong et al. (2021). Lactate and Myocardiac Energy Metabolism.
Front. Physiol., 17 August 2021. Sec. Metabolic Physiology
Volume 12 - 2021 | https://doi.org/10.3389/fphys.2021.715081
Glenn et al. (2015). Lactate: brain fuel in human traumatic brain injury: a comparison with normal healthy control subjects. J. Neurotrauma, 32 (2015), pp. 820-832
Bergman et al. (2000). Endurance training increases gluconeogenesis during rest and exercise in men. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab., 278 (2000), pp. E244-E251
Pellerin et al. (1998) Evidence supporting the existence of an activity-dependen astrocyte-neuron lactate shuttle. Dev. Neurosci., 20 (1998), pp. 291-299
Hui S., Ghergurovich J. M., Morscher R. J., Jang C., Teng X., Lu W., Esparza L. A., Reya T., Zhan L., Guo J., White E. & Rabinowitz J. D. (2017). Glucose feeds the TCA cycle via circulating lactate. Nature. ;551(7678):115-118. doi: 10.1038/nature24057. Epub 2017 Oct 18. PMID: 29045397; PMCID: PMC5898814.
Brooks G. A. (2021) Role of the Heart in Lactate Shuttling. Front. Nutr., 22 April 2021
Sec. Nutrition and Metabolism. Volume 8 - 2021 | https://doi.org/10.3389/fnut.2021.663560
Robergs et al. (2018). Lactate, not Lactic Acid, is Produced by Cellular Cytosolic Energy Catabolism. Letter to the editor. Physiology (33), 10-12. DOI: 10.1152/physiol.00033.2017. PMID: 29212886.
Cerda-Kohler, H.; Henríquez-Olguín, C.; Casas, M.; Jensen, T.E.; Llanos, P.; Jaimovich, E. Lactate Administration Activates the ERK1/2, MTORC1, and AMPK Pathways Differentially according to Skeletal Muscle Type in Mouse. Physiol. Rep. 2018, 6, e13800. doi.org/10.14814/phy2.13800.
Lawson, D., Vann, C., Schoenfeld, B & Haun, C. Beyond Mechanical Tension: A Review of Resistance Exercise-Induced Lactate Responses & Muscle Hypertrophy. J. Funct. Morphol. Kinesiol. 2022, 7(4), 81; https://doi.org/10.3390/jfmk7040081
Willkomm, L.; Schubert, S.; Jung, R.; Elsen, M.; Borde, J.; Gehlert, S.; Suhr, F.; Bloch, W. Lactate Regulates Myogenesis in C2C12 Myoblasts in Vitro. Stem Cell Res. 2014, 12, 742–753. doi.org/10.1016/j.scr.2014.03.004.
Nalbandian, M. & Takeda, M. (2016). Lactate as a Signaling Molecule That Regulates Exercise-Induced Adaptations. Review. Biology 5 (38). DOI: 10.3390/biology5040038. PMID: 27740597; PMCID: PMC5192418.
Shirai T, Kitaoka Y, Uemichi K, Tokinoya K, Takeda K, Takemasa T. Effects of lactate administration on hypertrophy and mTOR signaling activation in mouse skeletal muscle. Physiol Rep. 2022 Aug;10(16):e15436. doi: 10.14814/phy2.15436. PMID: 35993446; PMCID: PMC9393907.