Vad händer i hjärnan när vi äter? Effekt på neurotransmittorer.


Inledning:

Idag tänkte jag fortsätta att skriva på ämnet kost och hjärnfunktion som jag började nosa på nyligen i min artikel om BCAA och hjärnfunktion; nämligen hur saker vi stoppar i oss påverkar hjärnan och framförallt syntetiseringen av neurotransmittorer. De neurotransmittorer jag huvudsakligen kommer att intressera mig för i den här artikeln och som är högst relevanta för kognition, psykologiskt mående, hormonstatus etc är serotonin och katekolaminerna (dopamin, noradrenalin, adrenalin). Ett annat ord för ”neurotransmittor” är för övrigt ”signalsubstans” om någon blir förvirrad. Jag ska försöka att inte göra artikeln för krånglig att läsa men måste ändå gå igenom lite bakgrund till hur upptaget och syntetiseringen av neurotransmittorer går till i praktiken.

Bakgrund:

När vi äter så påverkas nivåerna av aminosyror i blodet och deras proportionella mängd till varandra förändras beroende på vad vi äter. I vilken mängd de finns i blodet spelar stor roll för vilken aminosyra som tas upp till hjärnan för syntetisering av neurotransmittorer. När en viss prekursor (aminosyra som vidare syntetiseras till en neurotransmittor) finns i stor mängd i förhållande till övriga LNAA (large-neutral amino acids) i blodet, får den förtur till hjärnan via LNAA-transportern som finns på kapillärväggen (blodkärlsvägg) intill centrala nervsystemet (CNS) och hjärnan (1). Det ”skydd” som hindrar blodet i kroppen och extracellulär vätska i CNS från att blandas, för att förhindra att främmande ämnen kommer in i nervsystemet, kallas för blod-hjärnbarriären och består av endotelceller (celler som täcker insidan av blodkärl) som bildar ett tätt skikt där vätska inte kommer igenom.

Väl i hjärnan så tas prekursorerna upp i neuroner som innehåller enzym för att konvertera aminosyran i fråga till respektive neurotransmittor (även ett par till enzym bidrar). Detta enzym heter tryptofan hydroxylas respektive tyrosin hydroxylas och konverterar alltså prekursorn i fråga, tryptofan eller tyrosin, till antingen serotonin eller dopamin/noradrenalin (noradrenalin kan vidare konverteras till adrenalin), i samverkan med t ex coenzym som vitamin b6 som är högst involverat i syntetisering av neurotransmittorer. Dessa steg ser ut som följer:

* Tryptofan > 5-HTP (5-hydroxytryptofan) > 5-HT (serotonin)

* Tyrosin > Dihydroxyphenylalanine (DOPA) > Dopamin > Noradrenalin > Adrenalin

Tidigare studier på råttor har visat att mängden tryptofan i hjärnan är proportionerlig mot mängden utsöndrat serotonin (2, 3) och studier på människor har också tydligt visar att mängden protein i kosten tydligt korrelerar med mängden prekursorer i blodet (4). I många råttstudier har råttorna dock fått aminosyran tryptofan separat och inte ätit vanlig mat.

Baserat på det vi vet hittills, gäller följande logik:

1) När vi äter, ökar mängden aminosyror i blodet, däribland prekursorer till transmittorsubstanser.

2) De prekursorer som finns i störst mängd i blodet i förhållande till andra aminosyror, får förtur via LNAA-transportern över blod-hjärnbarriären.

3) De prekursorer som tas upp till hjärnan leder till syntetisering av neurotransmittorer.

Tidigare studier:

Det har gjorts en del studier på både råttor och människor under åren:

Tidiga studier på råttor (5) visar vidare att mängden tryptofan ökade i hjärnan när man gav råttorna insulin eller kolhydrater. I en annan studie (6) såg man att olika proteinkällor påverkade tryptofannivåerna på olika sätt; lactalbumin (ett protein i mjölk) påverkade inte nivåerna av tryptofan och äggprotein gjorde det bara delvis, men andra protein som t ex kasein och jordnöt blockerade ökningen av mängden tryptofan jämfört med andra LNAA i blodet (tyrosin, BCAA etc).

Man har hos människor också sett att tiden på dygnet när man äter kanske spelar roll för hur kvoten mellan de olika aminosyrorna i blodet varierar. I en studie på sex unga män (7) såg man att kvoten TRP:LNAA (tryptofan jämfört med övriga LNAA i blodet) ökade när de åt en kolhydratsrik måltid med minimalt med protein på morgonen men på kvällen ökade samma måltid inte kvoten (8), vilket kan bero på skillnader i insulinnivåer och insulinkänslighet på morgonen och kvällen. En proteinrik måltid med mindre kolhydrater minskade dessutom kvoten.

I en annan studie på tio friska vuxna personer testade man effekten av tre olika sorters måltider till frukost; 120 g sukros (vanligt socker), 120 g stärkelse och en måltid bestående av endast protein och fett. De båda kolhydratsrika måltiderna ökade både blodsocker och insulin signifikant och även kvoten tryptofan:LNAA i blodet; sukros mer än stärkelse. Kvoten sjönk dessutom vid måltiden som innehöll endast protein och fett. Man testade även i den här studien att ge samma måltid på kvällen till testdeltagarna och såg till skillnad från studierna jag talade om i förra stycket, ingen skillnad på kvoten TRP:LNAA i blodet (9). En dansk studie på sex kvinnor visade vidare att en måltid bestående av en liten mängd kolhydrat i form av pasta (25 och 50 g ) och som innehöll c:a 12% protein, ökade kvoten tryptofan:LNAA en aning under 4 timmar (10). Sammanfattningsvis talar dessa rön för en dosberoende effekt av något slag, som förefaller moduleras av mängden protein i kosten.

Tryptofan, insulin och upptag i hjärnan:

De olika aminosyrorna finns alltså i varierande mängd i en intakt proteinkälla och mängden BCAA (de tre grenade aminosyrorna) tenderar att vara störst och mängden tryptofan minst. Det leder till ett teoretiskt och praktiskt problem om vi talar om upptaget av  tryptofan till hjärnan. Hur kan tryptofan tas upp om det oftast finns i väldigt liten mängd i blodet, jämfört med t ex tyrosin och BCAA?

Sett till studierna jag refererar ovan förefaller kolhydratsintag (och insulin) ha en betydande inverkan på nivåerna av tryptofan i blodet, men vilken är mekanismen?

Insulin stimulerar upptaget av aminosyror till muskulatur, som t ex när du äter protein och kolhydrater efter ett träningspass, som leder till att aminosyrorna tas upp i muskelceller för proteinsyntes. Varför tas då inte tryptofan också upp i musklerna? Jo, tryptofan är nämligen bundet till albumin (ett transportprotein) i blodet, vilket gör att det inte skyfflas in i muskulatur tillsammans med andra aminosyror som en effekt av insulin, vilket vidare leder till att det får förtur via LNAA-transportern upp till hjärnan eftersom nivåerna av övriga aminosyror p g a insulinets effekter nu kraftigt minskat i blodet och kvoten TRP:LNAA ökat (9,11).

Man har vidare studerat hur olika måltider efter varandra påverkar nivåerna av de olika aminosyrorna, hos råttor.  Ena gruppen råttor fick äta en kolhydratsrik måltid först och den andra gruppen fick börja med att äta en proteinrik måltid. Två timmar senare åt dem den andra respektive måltiden. Hos de råttor som fick äta den kolhydratsrika måltiden först, sågs ökningar av tryptofan i hjärnan och en ökad serotoninsyntes efter två timmar, men dessa förändringar försvann igen efter fyra timmar om den andra måltiden innehöll protein. De råttor som fick äta den proteinrika måltiden först och två timmar senare den kolhydratrika, hade inga förändringar av tryptofannivåer i hjärnan eller serotoninutsöndring under hela tiden. En kolhydratsrik måltid tre timmar efter en proteinrik måltid höjde dock nivåerna av tryptofan och serotonin (12). Detta ger en inblick kring hur länge effekterna på neurotransmittorer eventuellt håller i sig efter en måltid. I alla fall hos råttor.

Man har också hos råttor studerat hur kroniska förändringar i proteinintag påverkar nivåer av aminosyror i hjärnan och utsöndring av katekolaminer och serotonin. Nivåerna av katekolaminer och tyrosin påverkades inte av vilket protein man använde. Nivåerna av tryptofan och serotonin gjorde dock det och återigen har mjölkprotein intressanta effekter på serotoninsyntes i hjärnan, även på sikt. Dessutom sågs en väldigt tydlig korrelation mellan nivåer av tryptofan i hjärnan och serotoninsyntes (13).

Tillbaks till insulin och tryptofan igen. Det förefaller alltså finnas en tydlig koppling mellan insulin och tryptofanupptag till hjärnan, särskilt tydlig i alla fall i djurmodeller då man där även kan se serotoninutsöndring in vivo, när man dödat djuret. Man kan kanske tänka sig en dosberoende effekt av insulin på kvoten TRP:LNAA, d v s ju mer andra aminosyror som försvinner från blodet till muskler, ju högre är den kvarvarande kvoten TRP:LNAA. Man har för övrigt sett att människor som lider av fetma har konstant sänkta nivåer av tryptofan i blodet och är dessutom ofta insulinresistenta och det kan eventuellt bidra till lägre upptag av tryptofan till hjärnan p g a mindre utsöndring av insulin. Något som i sin tur kan leda till att man äter mer, för att må bättre och en ond cirkel föds (14).

Nyare studier på människor:

I en nyare studie (2011) testade man effekten av GI (glycemiskt index) och GL (glycemic load = totalt ”GI” på hela måltiden) med tre olika måltider hos människor:

1) Blandad måltid 1, c:a 500kcal (66,5% kolhydrat, 17% protein, 16,5% fett) med högt GI

2) Blandad måltid 2, samma makronutrientkomposition som ovan fast med lågt GI

3) Kolhydratsrik måltid, c:a 800 kcal (90% kolhydrat, 8% protein, 2% fett)

Insulinnivåer och blodsockernivåer varierade som väntat mellan måltiderna där de var högst efter den kolhydratsrika måltiden, följt av högt GI-måltiden och lågt GI-måltiden, i fallande ordning. Efter de två GI-måltiderna vara plasmanivåerna av tryptofan förhöjda efter 2 och 3 timmar jämfört med den kolhydratsrika måltiden, vilket är givet eftersom protein innehåller tryptofan och dessa måltider innehöll mer protein än den kolhydratsrika. Men det är kvoten tryptofan:LNAA som är intressant, som ni kanske minns? D v s inte tryptofannivåer i sig utan förhållandet till andra aminosyror.

Hur såg då skillnaderna i kvoten TRP:LNAA ut mellan måltiderna?

* Den kolhydratsrika måltiden låg högst (+23%)

* På andra plats den blandade måltiden med högt GI (+17%)

* Sist kom måltiden med lågt GI (+8%)

En skillnad mellan måltiderna är att den kolhydratsrika måltiden innehöll fler kalorier än de andra två (800 kcal mot 500 kcal) och med tanke på de små skillnaderna på TRP:LNAA-kvoten mellan den kolhydratsrika måltiden och måltiden med högt GI, förefaller alltså insulinnivåer spela stor roll för kvoten TRP:LNAA och proteinmängder i kosten, en mindre. Till en viss nivå i alla fall. Hur det skulle sett ut med t ex dubbelt så mycket protein mätte inte studien. Det skulle också varit intressant att se effekten av att med antingen mer kolhydrat, protein eller fett, öka kcal-mängden i måltiden med högt GI så den blev lika stor som kolhydratsmåltiden. Men poängen är att insulinstegringen förefaller vara det väsentliga oavsett hur kosten ser ut i övrigt. Vilket vi också sett tänkbara bevis på i tidigare studier jag refererat.

Skillnaden i insulinutsöndring korrelerade alltså väl med skillnaden i kvoten TRP:LNAA och studien visade att kvoten hos människor kan höjas även om en måltid innehåller mer än minimalt med protein, något som tidigare gett upphov till mycket diskussioner. En måltids sammanslagna glycemiska index är alltså med all sannolikhet en viktig faktor för påverkan på mängden tryptofan i förhållande till övriga aminosyror i blodet (15) och vidare för upptag till hjärnan. En annan studie på människor där man jämförde två olika frukostmåltider, visade att en kolhydratsrik måltid ökade kvoten TRP:LNAA medan en proteinrik måltid (och kolhydratfattig) minskade kvoten (18), vilket egentligen inte visar något nytt utan snarare befäster hypotesen om att insulin förefaller spela stor roll.

Ståndpunkten idag tycks vara att kost har märkbara effekter på neurotransmittorer, inte bara hos djur men även hos människor (16). Man talar i forskningen även om att människor som t ex är deprimerade eller nedstämda eller riskerar att bli det, kvinnor som lider av PMS etc med all sannolikhet kan må bättre av att äta på ett sätt som höjer kvoten TRP/LNAA i blodet. Alltså en kost som ger en relativt hög insulintopp. Det ska dock nämnas att depression absolut inte endast är kopplat till serotoninnivåer utan det är långt mer invecklat än så, men serotonin är klart implikerat. Men jag tänker inte gå in på det närmare i den här artikeln, men kan snabbt nämna att andra saker som potentiellt kan modulera psykologiskt mående är t ex könshormoner, katekolaminer och BDNF (brain-derived neurotrophic factor).

Faktum är att mycket av tidigare forskning på depression och tidiga mediciner riktade in sig på noradrenalin (som i mångt och mycket styr vår uppmärksamhet och fokus, något som ofta är ett problem vid depression). Sedan kom SSRI-medicinerna och resten är historia. Nuförtiden ser man en mängd olika mediciner som siktar in sig på många olika neurotransmittorer i olika kombinationer. Sammanfattningsvis är hur vi mår, sannolikt en komplicerad blandning av olika ämnen som tillsammans modulerar vårt stämningsläge i ett givet ögonblick; inte endast en enskild neurotransmittor, fastän variationer av enskilda ämnen givetvis kan påverka oss starkt i olika avseenden. Det finns också bevis för att t ex SSRI-mediciner även höjer BDNF i hjärnan, d v s ger en tillväxt av nya neuroner, något som förefaller ha en synnerligen positiv effekt på stämningsläge och hjärnhälsa i allmänhet. Men nu kommer jag ifrån artikelns ämne en aning så vi lämnar den kemiska hjärnsoppan i övrigt därhän just nu. Jag kanske återkommer till det i framtiden.

I övrigt återstår en viktig fråga av praktisk betydelse:

* I vilken utsträckning påverkas beteende och mående i praktisk mening av att öka mängden tryptofan i hjärnan genom att modulera kosten? Man har tidigare sett effekter t ex i en studie (på hela 184 personer) där testdeltagarna som åt en högkolhydrats-måltid, två timmar senare rapporterade ökad sömnighet, känsla av lugn, samt minskade prestationen på olika tester, jämfört med de som åt en proteinrik måltid (17). Studien visade vidare att kvinnor upplevde ökad sömnighet av kolhydratsmåltiden jämfört med män, som kände sig lugnare (det kan ju onekligen vara ett spektrum av ungefär samma sak, som uttrycks annorlunda).

Dessa resultat stämmer väl överens med den verkan vi vet serotonin har på oss; sederande, lugnande etc. I praktisk mening en rak motsats till den effekten katekolaminer har på oss; vi blir pigga, alerta, ”peppade” etc. Jag tror också att de flesta av oss kan känna igen sig i att vi reagerar olika på olika måltider, fast vi inte alltid reflekterar så mycket kring hur vi känner oss. Men en kolhydratsrik lunch på jobbet/skolan och medföljande ”paltkoma” är nog ganska vedertagna begrepp på många arbetsplatser och universitet. Varpå man dricker en kopp kaffe för att återigen piggna till och stimulera aktivitet av katekolaminer. Matintag överhuvudtaget ökar aktiviteten i den parasympatiska delen av nervsystemet, som stimuleras av att mat kommer ner i magsäcken. Det centrala nervsystemet ”innerverar” (är kopplat via nerver) nämligen väldigt stora delar av kroppen och även magen och kan på sätt påverka får fysiologi starkt och snabbt för olika behov. En ökad serotonerg aktivitet i nervsystemet som ett resultat av en ökad mängd kolhydrater i kosten, insulinstegring och förändring av kvoten TRP:LNAA, potentierar förmodligen även effekten av aktiveringen av det parasympatiska nervsystemet, vilket vi också sett ovan; där människor som ätit en kolhydratsrik måltid känner sig tröttare och lugnare än de som ätit en proteinrik måltid.

Anekdotalt så tenderar för övrigt t ex människor som äter LCHF påpeka att just de där fluktuationerna i energinivåer i samband med måltider helt försvinner, vilket som vi sett rimmar väldigt väl med mängden kolhydrater i kosten och LCHF innebär minimala mängder av den varan. Istället säger sig många vara fokuserade och pigga, vilket tyder på en ökad syntetisering av katekolaminer. Angående serotonin och LCHF är jag väldigt nyfiken på hur syntetiseringen av serotonin går till i praktiken, med tanke på att insulin verkar krävas för effektiv serotoninsyntes. Många människor rapporterar t ex att de blir nedstämda av att äta lite kolhydrater men andra säger sig må toppen. Förmodligen ser vi här stora individuella biokemiska skillnader människor mellan.

Angående ketonkroppar (alternativ energikälla för hjärnan istället för glukos) och den ”ketos” man befinner sig i när man äter lågkolhydratskost och effekten på neurotransmittorer är jag för dåligt inläst, men det ska det bli ändring på. Jag kanske skriver en artikel om det i framtiden, då jag misstänker att intresset torde vara relativt stort eftersom många i Sverige äter LCHF-kost. Sammanfattningsvis tyder allting på att vi direkt, i varierande mån, kan påverka syntetiseringen av transmittorsubstanser beroende på vad vi äter. Från den tidiga forskningen på 70-talet på råttor till att man på senare år mätt den faktiska skillnaden i kvoten TRP:LNAA hos även människor, som äter mat (och inte farmakologiska blandningar av aminosyror), visar det sammantaget att här sannolikt finns möjligheter att påverka sitt mående i viss utsträckning via kosten. Men som jag nämnt finns det säkerligen individuella skillnader, vilket gör att alla människor som det som bekant heter, även i detta avseende förmodligen är lite olika. Hur olika vet vi dock inte.Men tydligt är som sagt i alla fall att kosten har potential att modulera syntetiseringen av neurotransmittorer i hjärnan och jag är nyfiken på att läsa vidare forskning på området.

Referenser:

1) Branched-Chain Amino Acids and Brain Function. http://jn.nutrition.org/content/135/6/1539S.long

2) Serotonin release varies with brain tryptophan levels. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1704290?dopt=Abstract

3) Tryptophan availability modulates serotonin release from rat hypothalamic slices. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2478666?dopt=Abstract

4) Diurnal variations in plasma concentrations of tryptophan, tryosine, and other neutral amino acids: effect of dietary protein intake. http://ajcn.nutrition.org/content/32/9/1912.full.pdf+html

5) Brain Serotonin Content: Increase Following Ingestion of Carbohydrate Diet. http://www.sciencemag.org/content/174/4013/1023.abstract

6) Meal composition and plasma amino acid ratios: effect of various proteins or carbohydrates, and of various protein concentrations. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3747840

7) Breakfast meal composition influences plasma tryptophan to large neutral amino acid ratios of healthy lean young men. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/4067599

8) Plasma amino acid responses in humans to evening meals of differing nutritional composition. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7091024

9) Serotonin precursor influenced by type of carbohydrate meal in healthy adults. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3279747

10) Neutral amino acid plasma levels in healthy subjects: effect of complex carbohydrate consumed along with protein. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2651560

11) Effect of insulin on human skeletal muscle protein synthesis is modulated by insulin-induced changes in muscle blood flow and amino acid availability. http://ajpendo.physiology.org/content/291/4/E745.full

12) Brain tryptophan concentrations and serotonin synthesis remain responsive to food consumption after the ingestion of sequential meals. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7840068

13) Effect of chronic protein ingestion on tyrosine and tryptophan levels and catecholamine and serotonin synthesis in rat brain. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22053757

14. Twenty-four–hour plasma tryptophan concentrations and ratios are below normal in obese subjects and are not normalized by substantial weight reduction. http://ajcn.nutrition.org/content/77/5/1112.full

15. High-glycaemic index and -glycaemic load meals increase the availability of tryptophan in healthy volunteers. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21349213

16. Effect of diet on serotonergic neurotransmission in depression. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23306210

17. Effects of protein and carbohydrate meals on mood and performance: interactions with sex and age. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6764932

18. Effects of normal meals rich in carbohydrates or proteins on plasma tryptophan and tyrosine ratios. http://ajcn.nutrition.org/content/77/1/128.long

Annonser

4 responses to “Vad händer i hjärnan när vi äter? Effekt på neurotransmittorer.

  1. Pingback: En ny studie som jämför vassleprotein med kolhydratsdryck till frukost. | Träning och nutrition·

  2. Pingback: Kort deff-guide till sommarformen för alla som vill tappa vikt snabbt. | Träning och nutrition·

  3. Pingback: Effekten av kombinerad fasta och träning på viktnedgång. | Träning och nutrition·

  4. Pingback: Frukost minskar matsug | Träning och nutrition·

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s