© FT Nina Lahdenpohja
Greyhoundin energia-aineenvaihduntaa on tutkittu tieteellisesti jonkin verran. Australialainen eläinlääkäri Roos Staaden on tehnyt tällä alalla perusteellista työtä. Hän on selvittänyt greyhoundin lihaksiston energia-aineenvaihduntaa ratajuoksusuorituksen aikana.
Greyhoundin lihaksiston energia-aineenvaihdunta on verrannollinen juostavaan matkaan, koiran perimään ja koiran fyysiseen kuntoon. Lihaksisto käyttää energian tuottamiseen korkeaenergiaisia fosfaatteja (ATP), glykogeenia, glukoosia sekä jossakin määrin rasvaa. Glykogeenin anaerobinen käyttö (ilman happea tapahtuva) tuottaa kymmenen prosenttia enemmän energiaa kuin rasvan käyttäminen.
Ensimmäisten 7,5 sekunnin ajan greyhound tuottaa energiaa anaerobisesti. Lyhyen ja keskimatkan kisassa (n. 30 sek) lihaksisto tuottaa energiansa 75-80 %:sti anaerobisella glykolyysillä. Kovan alkukiihdytyksen energiavarannot ovat lihaksistossa jo olemassa olevat ATP molekyylit. Tämä ei vielä tuota maitohappoa. Matkan pidetessä energia-aineenvaihdunta tarvitsee hiilihydraatteja ja lihaksistoon varastoitunutta glykogeenia, jolloin maitohappoakin alkaa muodostua.
Glykogeeni (joka siis on hiilihydraattien varastomuoto lihaksistossa) kertyy lihaksistoon harjoittelun seurauksena. Oikea treeni ja hiilihydraattien, proteiinien ja rasvojen suhteen tasapainossa oleva ruokavalio maksimoi glykogeenin varastoinnin lihassoluihin. Suorituksen keski- ja loppuvaiheilla lihaksisto ei saa tarpeeksi happea tuottaakseen aerobisesti energiaa, ja vain puolet varastoidusta glykogeenista metaboloidaan aerobisesti. Tyypillisen 30 sekunnin suorituksen aikana greyhound tuottaa noin ¼ energiastaan happen avulla aerobisesti. Kuitenkin, jos glykogeeniä pilkotaan lihaksistossa ilman happea, on energian tuotanto tehottomampaa, kuin hapen avulla tapahtuva. Seurauksena on maitohapon muodostus, joka rajoittaa lisäenergian käyttöä ja aiheuttaa lihasten väsymistä.
Pidemmän kisan aikana (40 sek ja yli) noin 80 % lopullisesta energiantuotannosta tapahtuu aerobisesti hapen avulla. Rajoittava tekijä näille matkoille huonokuntoisilla tai voimakkaasti stressaavilla greyhoundeilla on nopea maitohapon kertyminen anaerobisen glykolyysin sivutuotteena kisan alkuvaiheessa. Kun maitohappoa kertyy, lihasten toiminta heikkenee ja niiden palautuminen rasituksesta on hitaampaa. Huonokuntoiset koirat keräävät maitohappoa erityisen paljon selän ja takaosan lihaksistoon , jolloin lihassolujen pH laskee, lihassolut pullistuvat, koska hapan solunsisältö houkuttelee vesimolekyylejä solujen sisälle. Tämä pullistuminen näkyy muutaman minuutin kuluttua kisasta. Kunnossa oleva koira kerää maitohappoa hitaammin, joten tätä ilmiötä ei nähdä. Toki geneettisen erot saattavat johtaa siihen, ettei treenikään auta voimakkasti sprintterityyppistä koiraa kestämään pidempää matkaa. Treeninä parasta ovat vedot ja harjoitukset vieheen perässä, kävely ei nopeita lihassoluja harjoita.
Lihassoluista
Geneettiset tekijät määräävät nopeiden ja hitaiden lihassolujen osuuden kussakin koirassa. Hitaita lihassoluja on kahta tyyppiä: todellisia hitaita lihassoluja koira ei käytä juoksuun vaan asennon säilyttämiseen esim. koiran seistessä. Toiset hitaat lihassyyt käyttävät energiakseen etupäässä rasvaa aerobisesti ja jonkin verran glykogeenia. Näitä lihassoluja käytetään etupäässä koiran kävellessä.
Nopeita lihassoluja on myös kahta tyyppiä. Toiset, glykolyyttiset eli valkoiset lihassyyt metaboloivat energiaa anaerobisesti. Näitä lihassoluja käytetään kovaan vauhtiin esim. kiihdytyksessä. Toiset nopeat lihassyyt ovat ns. vaaleapunaisia, aerobisia lihassyitä. Greyhoundilla on muita koirarotuja enemmän näitä vaaleanpunaisia aerobisia lihassoluja. Näissä soluissa on runsaasti aerobista energia-aineenvaihdustaa suosivia entsyymejä ja mitokondrioita, jota tuottavat energiaa aerobisesti. Nämä lihassyyt ovat melko kestäviä ja niitä käytetään kisan keski- ja loppuvaiheilla.
Greyhound käyttää kaikkia lihastyyppejään alkukiihdytykseen. Kiihdytyksen jälkeen nopeat lihassolut aloittavat työnsä. Lihasten supistumisnopeuden lisääminen sekä supistumisvoima ja kestävyys ovat treenillä aikaansaatavia asioita. Koiran kävelytys ei lisää supistumisvoimaa eikä stimuloi nopeita lihassyitä. Siksi pitkät kävelylenkit eivät paljoakaan kohota koiran lihaskuntoa. Supistusvoiman ja -nopeuden lisääminen tapahtuu etupäässä säännöllisen nopean työskentelyn (vetojen) ja kilpailemisen avulla. Kuitenkin, greyhound ei tarvitse erityistreenejä ihmisurheilijoiden tapaan, esim. ylämäkivetoja ei suositella, sillä koira väsyy näissä, kasvattaa liikaa massaa, joka vie nopeutta pois.
Mikä on mitokondroiden rooli edellisessä?
Mitokondriot ovat solujen energiatehtaita, jotka toimivat mm. aerobisessa energia-aineenvaihdunnassa, rasva-aineenvaihdunnassa, maitohapon aineenvaihdunnassa jne. Edellä kuvatussa mainittiin, että 30 sekunnin kisassa grey kulkee etupäässä anaerobisesti, mutta käyttää noin ¼ energiatuotantoonsa aerobista aineenvaihduntaa, jossa mitokondriot ovat läsnä. Matkan pidetessä tämä osuus aerobisessa enrgiantuotannossa kasvaa, ja mitokodrioiden rooli vahvistuu.
Mitokondrioiden mielenkiintoinen aineenvahduntaan vaikuttava seikka on se, että ne periytyvät emältä. Mitokondrioilla on osaksi oma geenistönsä, mutta osan mitokondrioiden geeneistä koodaa solun tuma, joka on perimältään 50/50 prosenttia molemmilta vanhemmilta perittyä. Mitokondriot siis vaikuttavat koiran suorituksen hapen avulla tapahtuvaan energia-aineenvaihduntaan; etupäässä pitkillä matkoilla ja suorituksesta palauduttaessa. Jalostuksellisesti mitokondrioiden rooli on mielenkiintoinen: ne periytyvät emältä, mutta osa niiden tarvitsemasta geenistöstä sekä niiden vaikutusalue – lihassolut – periytyvät molemmilta vahnemmilta. Todellisen vaikutuksen ennustaminen on vaikeata, mutta jotakin viitettä optimikisamatkasta koiran emälinjan tutkiminen voi antaa.
Mitokondriot
Mitokondriot ovat solujen voimalaitoksia. Niissä tuotetaan jokaiselle kehon solulle välttämätöntä energiaa, ATP:tä (adenosiinitrifosfaattia). Energia-aineenvaihdunnan lisäksi mitokondriot osallistuvat solun useihin perustoimintoihin, kuten solun jakautumisen ja eliniän säätelyyn, ionitasapainon ylläpitoon, rasvojen hajotukseen ja aminohappojen synteesiin.
Arvellaan, että nuo bakteeria rakenteeltaan muistuttavat organellit saattavat olla muinaisten bakteerien jälkeläisiä, jotka eläinsolu on aikojen alussa ottanut sisäänsä ja kehittänyt näin symbioottisen suhteen – molemmat hyötyvät toisistaan, eivätkä itse asiassa tule toimeen ilman toistensa apua.
Mielenkiintoista mitokondrioissa on se, että ne periytyvät äidin/emän puolelta. Asiaa on selitetty hedelmöitystapahtumassa siten, että siittiössä suurin osa mitokondrioista on siittiön hännässä, joka jää hedelmöittymisessä munasolun ulkopuolelle. Täten syntyvän yksilön mitokondriot ovat peräisin munasolusta.
Energiaa elimistössä voidaan tuottaa sekä aerobisella eli hapen avulla tapahtuvalla energiantuotannolla, että anaerobisella, eli hapettomalla energiantuotannolla.
Aerobinen aineenvaihdunta on paljon anaerobista tehokkaampaa. Anaerobinen aineenvaihdunta tapahtuu solujen sytoplasmassa glukoosia hajottamalla eli glykolyysillä. Tietyt elimet ovat toisia riippuvaisempia tästä energianmuodosta; esim. aivoissa glukoosi on ainoa energianlähde ja siellä energia-aineenvaihdunta alkaa glykolyysireaktiolla.
Anaerobinen aineenvaihdunta tuottaa eläimillä glukoosista hiilidioksidia, vettä, energiaa ATP:n muodossa, sekä molekyylejä (palorypälehappoa), jotka käytetään myöhemmin aerobisessa aineenvaihdunnassa. Kun palorypälehappoa muodostuu nopeammin kuin aerobinen aineenvaihdunta pystyy sitä hyödyntämään, syntyy maitohappoa. Kyseessä on tällöin anaerobinen glykolyysi, jolla kilpakoiramme luurankolihassolut saavat energiansa lyhytkestoisen suorituksen aikana.
Lihassoluihin varastoitunut glykogeeni (glukoosin varastomuoto) pilkotaan nopeasti glukoosiksi ja koska aerobinen aineenvaihdunta ei pysty hyödyntämään syntyvää palorypälehappoa tarpeeksi nopeasti, syntyy maitohappoa, joka poistuu soluista pikku hiljaa aerobisiin kudoksiin, kuten maksaan ja sydämeen. Aerobisessa kudoksessa hapen avulla maitohappoa muutetaan takaisin glukoosiksi.
Tässä mitokondriot ovat taas avainasemassa. Jos maitohappoa muodostuu aivan ylettömästi, ei tehokas kuljetuskaan ehdi poistamaan sitä tarpeeksi nopeasti, joten veren pH laskee ja kudosten hapenottokapasiteettia pyritään lisäämään. Ennen ajateltiin, että maitohappoa kertyy eläimeen vain koska hapellinen aineenvaihdunta ei kykene sitä tarpeeksi nopeasti poistamaan. Nykytutkimus on huomannut, että oli happea tai ei, 50 % energia-aineenvaihdunnasta tapahtuu anaerobisesti lihassolussa. Maitohapon kuljetus ja ”jälkikäsittely” onkin monen elimen yhteispeliä, jossa mitokondriotkin astuvat taas kuvaan.
Aerobinen aineenvaihdunta tapahtuu lähinnä mitokondrioiden avulla. Eri solutyypeissä on erilainen määrä mitokondrioita, sydänlihaksessa niitä on esim. hyvin paljon, mutta esim. epiteelisolussa verraten vähän. Mitokondrioiden määrä vaihtelee solujen energiantarpeen mukaan; jos jossakin kudoksessa tarvitaan esim. harjoittelun seurauksena enemmän energianmuodostusta, jakaantuvat mitokondriot bakteerien tavoin.
Mitokondrioissa on monimutkaisia entsyymireittejä, jotka mahdollistavat ”hengitysketjun” muodostumisen. Koko idea on se, että hapetus-pelkistysreaktioiden avulla happimolekyyli lopulta pelkistyy elektronin vastaanottaessaan vedeksi ja samalla saadaan ATP:tä eli energiaa. Tätä tapahtumaa kutsutaan oksidatiiviseksi fosforylaatioksi. Energiaa ei koskaan tuoteta suotta; jos energiaa tarvitaan, prosessi käynnistyy.
Hapen pelkistyminen vedeksi saattaa tuottaa myös ”virheellisesti” vain osittain pelkistynyttä happea, jolloin syntyy happiradikaaleja. Tämäkin prosessi siis tapahtuu mitokondrioiden toimesta. Näitä radikaaleja ovat esim. superoksidit, vetyperoksidi ja hydroksidi-ionit. Nämä ovat erittäin vahingollisia elimistön toiminnalle, ja elimistö pyrkiikin parhaansa mukaan neutraloimaan niitä erilaisilla suojatoimilla. Radikaalien aiheuttamaa ongelmaa pidetään yhtenä suurimmista syistä syövän syntyyn ja vanhenemiseen.
Monimutkaiseksi mitokondrioiden ajattelun tekee se, että mitokondrioiden toimintaa säädellään osittain tuman DNA:n avulla, osittain mitokondrioiden oman DNA:n avulla. Tämän asian merkitys energia-aineenvaihdunnalle on pelkkää spekulointia. Mitokondriot ovat siis osittain itsenäisiä yksikköjä oman geenistönsä turvin, mutta suurin osa niiden tarvitsemista geeneistä sijaitsee solun tumassa. Mitokondriot eivät siis ole täysin itsenäisiä, ja tuman geenistö taas periytyy 50/50 molemmilta vanhemmilta!
Täysin spekulatorisesti voidaan ajatella, että ainakin osa aerobisesta energia-aineenvaihdunnasta voisi olla mitokondriaalisesti- eli emälinjaisesti periytyvää. Koska greyhound kulkee pääasiassa anaerobityöskentelyllä, mitokondrioiden osuus tulee vasta aerobityöskentelyssä kuvaan mukaan (pitkäkestoinen työskentely, palauttelu, maitohapon käsittely jne.).
Huomattavaa on myös mitokondrioiden osallistuminen solun jakautumisen ja eliniän säätelyyn, ionitasapainon ylläpitoon, rasvojen hajotukseen ja aminohappojen synteesiin. Nopeuteen yms. mitokondriot ja niiden aineenvaihdunta eivät yksin voi vaikuttaa, mitokondrioiden tuottama energia on tuotava lihassolujen käyttöön ja lihassolujen laatu (nopea/hidas) periytyy taas 50/50 molemmilta vanhemmilta.
Periytyvyys ei kaiken lisäksi ole suoraviivaista, geenit voivat sekoittua ”crossing over”-ilmiön vaikutuksesta, jolloin kromosomien ”käsivarret” sekä isältä ja emältä vaihtavat paikkaa ja homma mutkistuu entisestään. Lisäksi mitokondrionaalinen DNA on altis mutaatioille!
Liikaa biokemiaa ei yhdistelmien tekemisessä voi ajatella, sillä periytyminen ei ole suoraviivaista tiedettä, vaan edelleenkin on edettävä yrityksen ja erehdyksen kautta. Toki yhdistelmien huolellinen valinta hieman parantaa mahdollisuuksia, mutta loppu jääkin nähtäväksi.
