Åstrandlaboratoriet

På Åstrandlaboratoriet utförs arbetsfysiologisk forskning med inriktning mot såväl fysisk prestationsförmåga, som hälsa och fysisk aktivitet. Åstrandlaboratoriet är uppkallat efter tidigare GIH-professorn Per-Olof Åstrand.

Forskare som arbetar i laboratorium

Forskning på Åstrandlaboratoriet

På Åstrandlaboratoriet ingår forskning om:
  • kroppens adaptation till akut arbete och träning.
  • nutritionens betydelse för fysisk prestationsförmåga.
  • muskelns anpassning till uthållighetsträning och styrketräning.
  • fysisk aktivitet och motionsvanor hos barn och vuxna.
  • träning och insulinkänslighet.
  • mitokondriernas funktion i den humana muskulaturen.

Tester och metodik

Den metodik som regelbundet används är traditionell bestämning av syreupptagning och fysisk prestationsförmåga, samt provtagning i form av muskelbiopsi och blodprov.

Vid Åstrandlaboratoriet finns ett arbetsfysiologisk och ett biokemiskt laboratorium.

Arbetsfysiologiska laboratoriet

I det arbetsfysiologiska laboratoriet finns utrustning för att göra arbetstester, mäta kondition och prestation.

Detta test mäter din kondition, eller mer korrekt hur mycket syre din kropp kan ta upp under maximalt arbete. Testet tar cirka 8–12 minuter och görs normalt på löpband eller ergometercykel. Vid löpning ökar belastningen successivt från joggning till hård löpning tills du inte orkar mer. Under testet bär du en mask för att vi ska kunna mäta syrehalten i din utandningsluft och den volym luft du andas in och ut per minut (ventilationen).

Lite förenklat så beräknas din maximala syreupptagning (i liter per minut) genom att multiplicera ventilationen med skillnaden i syreinnehåll i rumsluft och utandningsluft. Ofta divideras detta värde sedan med kroppsvikten och man får det så kallade testvärdet, det vill säga maximal syreupptagning i milliliter per minut och kilo.

En motionär ligger vanligen mellan 40–50 ml/min/kg medan vältränade elitidrottare i konditionsidrotter har testvärden på > 70 ml/min/kg. Under ett maxtest registreras även hjärtfrekvensen kontinuerligt.

Om du inte har tillgång till den utrustning som krävs för att mäta maximal syreupptagning eller av andra anledningar inte har möjlighet att genomföra ett maximalt test så finns det icke-maximala tester som kan användas för att beräkna den maximala syreupptagningsförmågan. Vanligtvis görs dessa på en ergometercykel.

Åstrandtestet är det mest kända testet för bestämning av kondition. Det togs fram på 1960-talet av makarna P-O och Irma Åstrand vid GIH. Du kan läsa mer om Läs mer om Åstrandtestet i "Åstrands testhandbok".

Nyligen presenterades en vidareutveckling av testet, det så kallade Ekblom Bak-testet.

Det finns ett behov av att på ett tillförlitligt sätt kunna mäta hela det dagliga rörelsemönstret (alltifrån stillasittande och lågintensiv aktivitet till medel/högintensiv motion). Att själv be en person återrapportera hur mycket hen sitter eller rör på sig är en enkel metod, men inte särskilt tillförlitlig.

På GIH arbetar vi sedan ett antal år tillbaka med att mäta det dagliga aktivitetsmönstret med objektiva metoder. Det är små mätare (så kallade accelerometrar och inclinometrar) som bärs på höften i ett bälte, runt handleden eller fastsatt på låret.

När en person rör sig så uppstår en acceleration, och det är den som accelerometern registrerar. Ju mer intensivt personen rör sig, desto större utslag. Stillasittande eller stillastående ger inget utslag. Inclinometern, som fästs på låret, kan avgöra om personen står eller sitter.

På detta sätt kan vi i olika studier och situationer avgöra hur mycket en person sitter eller rör på sig samt hur aktiviteten/stillasittandet är fördelat över dagen eller veckan. Vi kan sedan beskriva detta eller relatera det till olika utfall, såsom välmående, sjukdomsrisk eller prestationsförmåga.

Biokemiska laboratoriet

I biokemilaboratoriet genomförs histokemiska, biokemiska och molekylärbiologiska analyser på blod och muskelprover. Här ingår analyser av muskelfibersammansättning, enzym- och metabolitbestämningar, bestämning av proteinuttryck (Western blot), genuttryck (PCR-analys) samt mätning av mitokondriell funktion i isolerade muskelpreparationer.

Vävnadsprov

I de flesta studier som genomförs vid Åstrandlaboratoriet tas blodprov och muskelprov i samband med arbetsförsök. Muskelprovtagning (biopsi) är ett mindre kirurgiskt ingrepp. Hud och muskelyta bedövas och ett litet snitt görs varefter en nål eller tång förs in i muskeln och en liten bit av muskel skärs ut. Den lilla mängd muskelvävnad som avlägsnas påverkar inte muskelfunktionen och muskelfibrerna repareras efter kort tid.

Muskelbiopsin består av 200–500 fragment av muskelfibrer och väger mellan 20 och 80 milligram. Vanligtvis tas muskelbiopsier från m. vastus lateralis, den yttre delen av främre lårmuskeln. I vissa fall görs analyser på färsk muskel, men det vanligaste är att muskelbiopsin fryses så snabbt som möjligt i flytande kväve och förvaras vid -80 grader i väntan på analys.

I flera studier vid Åstrandlaboratoriet undersöks hur olika typer av träning påverkar muskelns maximala syreförbrukning. Det sker genom att intakta buntar av fibrer från en muskelbiopsi inkuberas under standardiserade förhållanden och syreförbrukning mäts efter tillsats av olika substrat. Mätningar genomförs även på isolerade mitokondrier. Utrustningen som används heter Oxoboros och ger unika möjligheter att undersöka hur träning och nutrition påverkar syreupptagningen in vitro.

Den humana muskulaturen består av en blandning av långsamma (typ I) och snabba (typ II) muskelfibrer med olika kontraktila och metabola egenskaper. Med hjälp av histokemisk metodik kan vi få information om fibersammansättning, fiberytor, kapillärtäthet och glykogeninnehåll i enskilda fibrer.

För denna typ av analyser monteras muskelbiopsin i ett "vävnadsklister" (Tissue Tek), fryses i isopentan som kylts av flytande kväve för att undvika frysskador. I en kryostat (vid -20 °C) skärs tunna tvärsnitt (10 µm) av muskelfibrer som sätts fast på ett täckglas och därefter behandlas på olika sätt beroende på efterföljande analys.

Vid analys av fiberkomposition, dvs. andel snabba och långsamma fibrer, används kunskapen att enzymet myosin ATPas har olika pH känslighet i olika fibertyper. Enzymet inaktiveras i långsamma fibrer vid alkaliskt pH vilket gör att dessa fibrer framträder som vita medan snabba fibrer med intakt ATPas aktivitet blir svarta i den slutgiltiga färgningsproceduren.

Den histokemiska metodiken ger endast ett semikvantitativt mått på substratinnehåll i olika fibertyper. För att kvantifiera exempelvis glykogen, aminosyrakoncentration, enzymaktivitet eller genuttryck i enskilda fibrer frystorkas muskelbiopsin och enstaka muskelfibrer (väger vanligtvis endast 1–5 µg) separeras från varandra.

En del av fibern skärs av och identifieras som typ I eller typ II med hjälp av ATPas färgning (se ovan). Den resterande delen av fibern används för biokemiska eller molekylärbiologiska analyser vilka görs på enstaka muskelfibrer eller på pooler av typidentifierade fibrer.

Glukos, laktat och hormonnivåer i plasma analyseras vanligtvis i samband med arbetsförsök. De förstnämnda med enzymatisk metodik i en spektrofotometer och hormonnivåer i en plattläsare med hjälp av färdiga kit.

Koncentrationen av muskelglykogen analyseras ofta i biopsier tagna i samband med träning för att beräkna förbrukningen under arbete. Glykogen bryts ner enzymatiskt i en buffertlösning och glukoshalten analyseras därefter med samma metodik som för glukos i plasma. Mätning av maximal aktivitet av enzymer som reglerar nedbrytningen av kolhydrater och fett kan även det göras på humana biopsier. Muskelprovet homogeniseras under optimala betingelser och efter tillsats av substrat följs reaktionshastigheten i en spektrofotometer.

Enzymer med så låg maximal aktivitet att den inte kan mätas med nämnda metodik analyseras i stället genom att enzymets substrat märks med en radioaktiv isotop och omvandlingen till produkt (efter separation från märkt substrat) mäts under en given tid i en scintillationsräknare.

I flertalet studier vid laboratoriet undersöks hur träning och nutrition påverkar enzymaktiviteten av specifika enzym som anses reglera olika processer i muskeln. När aktiviteten av ett enzym är låg eller bakomliggande mekanismer ska undersökas, används en metodik som heter Western blot.

För denna analys, frystorkas och rensas muskelprovet från bindväv och blod. Därefter homogeniseras provet och proteinerna separeras med SDS-PAGE, en metod som separerar proteiner med avseende på molekylvikt.

Lite förenklat så vandrar proteinerna med olika hastighet genom en polyakrylamidgel efter att en elektriskt spänning lagts över gelen. Det protein med lägst molekylvikt vandrar snabbast genom gelen.

Nästa steg är att överföra proteinerna till ett membran (PVDF) som därefter inkuberas med en specifik antikropp (primär antikropp) mot proteinet av intresse.

Därefter appliceras en sekundär antikropp som binder till den primära antikroppen och mängden protein detekteras efter tillsats av ett reagens som sänder ut kemiluminiscent ljus.

Träning ökar genuttrycket av ett flertal proteiner som reglerar omsättningen av kolhydrater, fett och protein. Redan ett enstaka träningspass kan stimulera en viss gen, vilket kan ge en indikation på förändring efter mer långvarig träning. Stimulering av en viss gen mäts som förändring i uttryck av mRNA.

Det första steget i denna analys är att isolera RNA från muskelprovet, därefter syntetiseras cDNA som via en cyklisk värmebehandling gör att genen amplifieras till mätbara nivåer av mRNA. Denna metodik kallas RT-PCR.

För analys av aminosyror i plasma och muskel används vätskekromatografi. Förenklat kan det sägas att provet separeras i en kolonn med specifik sammansättning beroende på hur starkt de binds till kolonnmaterialet.

För att provet skall vandra genom kolonnen pumpas en så kallad mobilfas (vanligtvis ett lösningsmedel) genom kolonnen med en given hastighet. Olika aminosyror vandrar olika snabbt genom kolonnen och detekteras därefter utifrån sin molekylvikt med hjälp av en masspektrometer.

Den metodik som nyligen utvecklats vid laboratoriet kallas UPLC (ultra performance liquid chromatography).

 

Kortadress till denna sida: www.gih.se/astrandlaboratoriet

Hitta på sidan

Kontakt

  • Marcus Moberg´s profilbildDocent, bitr prefekt, laboratorieansvarig, högskolelektorMarcus Mobergmarcus.moberg@gih.se08-120 53 875

Ekblom-Bak testet

Ekblom-Bak testet är framtaget av forskare på GIH och är ett submaximalt cykelergometertest för beräkning av VO2max.

Senast ändrad:16 Jan 2023