S molekulární biologií na sportovní rekordy

Tvrdý trénink je předpokladem sportovních úspěchů. Nicméně existují disciplíny, kde trénovat nestačí. Bez speciální genové sestavy sportovec nemusí uspět ani s nejlepším trenérem za zády.Tvrdý trénink je předpokladem sportovních úspěchů. Nicméně existují disciplíny, kde trénovat nestačí. Bez speciální genové sestavy sportovec nemusí uspět ani s nejlepším trenérem za zády.

Účastníci Tour de France mají obvykle ve třech týdnech překonat vzdálenost přes 3500 km, vyšplhat se do nadmořské výšky 2000 m, a to všechno při průměrné rychlosti 40 km/h. Nejen cyklistika, která po posledním ročníku právě slavné francouzké Tour, získala nálepku spíše souboje mezi drogovými podvodníky a antidopingovými komisaři, však vyžaduje téměř nadlidské schopnosti. Obyčejné smrtelníky může udivovat například ultramaratonec Američan Dean Karnazec, který odběhl 50 maratónů v 50 dnech a navrch si ještě zaběhl polovinu cesty domů (z New Yorku do missourského St. Luis v USA). Nedávno byl také překonán rekord v délce zadržení dechu pod vodou. Francouzský potápěč Stephan Mifsud Mifsud jej vylepšil na neuvěřitelných 10 minut a 4 sekundy. Pro běžného člověka se podobné výkony zdají jako z jiného světa. Kde je původ schopností, které je umožňují?

Palivo pro svaly

Tour de France je jedním z nejnáročnějších vytrvalostních závodů na světě, a jejím nejúspěšnějším účastníkem je bezesporu Lance Armstrong, který ji dokázal vyhrát sedmkrát v řadě za sebou. Čím byl tak výjimečný? Fyziologové tvrdí, že Armostrong dostal velkou část své vytrvalosti už do plenek.
Většina vrcholových sportovců má pro své dovednosti zapsány plány v genech. Nejedná se přitom jen o proporce těla nebo velikost svalů. Zejména u vytrvaleckých disciplin je na prvním místě schopnost vyrábět velké množství energie pro svalovou činnost. Tréninkem lze tento ukazatel do jisté značně vylepšit, nicméně bez správných genů je úplný vrchol téměř nedosažitelný. Sportovní geny přitom neznamenají jen výhodu a cestu ke slávě a bohatství. Pokud jejich majitel nemá žádné fyzicky náročné ambice, jsou pro něj doslova prokletím. Efektivní výroba energie, která se rychle nespálí při maratónu nebo Tour de France, se zužitkuje při tvorbě tuků. Takoví lidé pak často trpí obezitou, cukrovkou nebo některými druhy rakoviny.

Jak udýchat maraton

K tomu, aby tělo dokázalo vyrábět dostatek energie, musí umět do tkání rozvážet velké množství kyslíku.
Buňky energii z organických látek uvolňují dvěma způsoby. V případě potřeby krátkodobé energetické bomby se uchylují k rozkladu sacharidů bez přístupu vzduchu (tomuto procesu se říká anaerobní dýchání). Jedná se o poměrně málo efektivní způsob, při kterém vzniká kyselina mléčná. Ta je při nadměrném hromadění ve svalech příčinou jejich únavy a bolesti. Nicméně anaerobní dýchání je nezbytné pro svalovou práci sprinterů nebo vzpěračů, kteří na krátký okamžik potřebují tolik energie, kolik by jim aerobní dýchání nedokázalo zajistit.

Nicméně za běžných situací si svalová buňka na pomoc v produkci energie přibírá kyslík. A tento dlouhodobě udržitelný proces tak využívá při vytrvalostních sportech. Proto je jedním z limitních faktorů množství kyslíku, jaké je tělo schopno svalům dopravovat. Vyjadřuje je ukazatel VO2max, který udává, kolik mililitrů kyslíku na kilogram hmotnosti těla je za jednu minutu spotřebováno při výrobě energie. U zdravých mužů je jeho průměrná hodnota 40-50 ml/kg/min. Po dlouhodobém tréninku jej lze zvýšit až na 60-65. Lance Armstrong dosahoval při plném tréninku hodnoty 83,8, přičemž podobně si vedli i další špičkoví vytrvalci. Rekordmanem v tomto ukazateli je proslulý norský běžec na lyžích  Bjorn Daehlie, který dosahoval VO2max 96.

Dary z nebe

„I kdyby Armstrong nikdy neusedl na závodní kolo a stal se z něj gaučový povaleč, jeho VO2max neklesne pod 60. Svou nadprůměrnost má dánu v genech,“ vysvětluje  Edward Coyle z Texaské univerzity v Austinu v USA.
Armstrong dlouhou dobu v cyklistice nijak nevynikal a hvězdou se stal teprve poté, kdy se na závodní dráhu vrátil po překonání zhoubného bujení. Prodělal několik chemoterapií a také přišel o jedno varle. Právě tento okamžik byl podle Craiga Atwooda z americké Visconsin-Madisonské univerzity klíčovým pro jeho další kariéru. „Odebrání varlete pravděpodobně změnilo hladinu hormonů, což ovlivnilo Armstrongův metabolismus.“

Naše těla jako palivo využívají tuk a glukózu. Glukóza je v malém množství uložena ve svalech ve formě glykogenu. Ten je rychlejším i efektivnějším zdrojem než tuk, ale svaly jej mají k dispozici jen silně omezené množství.
Pro vytrvalce tento fakt znamená, že musejí být schopni zásoby glykogenu rychle obnovovat. Pokud mezi jednotlivými etapami závodu nedokáží dostat jeho úroveň ve svalech na postačující hodnotu, „zadřou“ se jim další den svalové motory a z výkonu nezbude téměř nic.

Za vším vězí varle

Ztráta varlete Armstrongovi umožnila, aby část spotřeby svalového glykogenu „přehodil“ na spotřebu mastných kyselin z tuků. Studie prováděné u lidí s odstraněnými varlaty ukázaly, že se u nich po zákroku zvýšila hladina hormonů zvaných gonádotropiny, které řídí činnost pohlavních žláz (zejména produkci pohlavních buněk a hormonů). Kromě jiného urychlují i tvorbu tuků.
Podobný efekt se dostavuje i u stárnoucích mužů, u kterých se zpomaluje tvorba pohlavních hormonů (včetně testosteronu). Jeho hladina působí jako zpětná vazba pro produkci gonádotropinů. Čím více testosteronu, tím méně se těchto hormonů vytváří. V případě, že se hladina testosteronu naopak sníží, znamená to pro mozek zelenou ve výrobě gonádotropinů. Následkem toho se zvýší ukládání tuků (zejména v oblasti pasu) a muži začnou tloustnout.

Pokud však k podobné změně dojde u mladšího, aktivního sportovce, využijí se mastné kyseliny namísto ke stavbě podkožní tukové „izolace“ k výrobě energie ve svalech. Díky tomu si sportovci šetří zásoby glykogenu a nemusejí jej doplňovat tolik jako mladíci v plné síle.
Změny v hladině gonádotropinů také vysvětlují, proč se věk nejlepších vytrvalců pohybuje kolem 26 let, kdy se začíná hladina těchto hormonů přirozeně zvyšovat. Valná většina vítězů Tour de France se vejde do věku mezi 27 a 32 lety.

Pryč s nechtěnými svaly

Coyle je však jiného názoru. „Změny v Armstrongových svalech nastaly v důsledku několika let tvrdého tréninku.“ Podle něj není důležité jen mít přístup k mastným kyselinám, ale také je umět využívat. „Pokud ve svalech nemáte dostatek mitochondrií (buněčných elektráren), k lepšímu výkonu vám nepomůže ani jaderné palivo,“ říká Coyle. „A právě počet mitochondrií ve svalech se zvyšuje v důsledku tréninku.“
Coyle argumentuje skutečností, že mezi 21 a 28 lety se výkonnost Armstrongových svalů zvýšila o 8 % (ve 28 letech poprvé vyhrál Tour). Za tu dobu také ztratil velké množství tuku, takže jeho svaly musely nést méně tělesné hmotnosti. Zlepšení vytrvalosti napomohl i fakt, že Armstrongovy svaly se „přeprogramovaly“. Zvýšil se v nich obsah „pomalých“ vláken, které sice dokáží vyvinout menší sílu, vydrží však déle bez únavy, a snížil se naopak podíl „rychlých“ vláken. Ta jsou značným likvidátorem glykogenu, proto jejich úbytek napomáhá zlepšení vytrvalosti. Podobná změna poměrů ve svalech byla pozorována u pokusných myší po dlouhodobém tréninku.

Z nepřítele nečekaný pomocník

Armstrongovi k úspěchům dopomohla i další skutečnost. V jeho svalech se hromadilo mnohem méně kyseliny mléčné (odpadu anaerobního dýchání, který způsobuje svalovou únavu), než u dalších sportovců. Výzkumy z posledních let ukazují, že kyselina mléčná nemusí být jen nepřítelem, ale za jistých okolností dokáže poskytovat svalům další energii. Ty se však musejí nejprve naučit toto „palivo“ zpracovávat. Zdá se, že vytrvalostním tréninkem se buňky nutí k tomu, aby kyselinu mléčnou odebíraly z cytoplasmy a vozily ji na spalování do mitochondrií. Hlavním faktorem však jsou dědičné předpoklady. „S technologií na efektivní využívání kyseliny mléčné v mitochondriích se člověk už musí narodit,“ říká  George Brooks z Kalifornské univerzity v americkém Berkeley.

Co všechno je v genech

Molekulární biologové letos objevili gen, který stojí za schopností zpracovávat kyselinu mléčnou. Není to však jediná vytrvalecká schopnost, jež se stala středem pozornosti genetiků. Jedním z největších objevů z poslední doby je gen ACE, který odpovídá za regulaci krevního tlaku a ovlivňuje i efektivitu využívání kyslíku ve tkáních. Jedna varianta genu se ve zvýšené míře vyskytuje u vytrvalostních sportovců, zatímco druhá „vychovává“ šampióny silových disciplín. Zatím však není příliš jasné, jak to všechno funguje. „Vytrvalostní“ verze se také často objevuje u úspěšných horolezců, což napovídá tomu, že se zapojuje do adaptace na nízkou koncentraci kyslíku.
Geny také ovlivňují to, jakým způsobem bude vaše tělo reagovat na trénink. Dva z nich do značné míry určují, do jaké míry může člověk zvýšit objem krve, který srdce vhání každou minutu do cév. Jedná se o gen protitin zapojený do svalových stahů a kinesin 5B, jenž se stará o rozvážení velkých molekul po buňce.

Další důležitou molekulou je nechvalně známý erytropoetin (EPO), jehož užívání z externích zdrojů je považováno za nelegální doping. Erytropoetin je hormon, který zvyšuje počet červených krvinek v krvi, a tím i urychluje rozvážení kyslíku do tkání. Jeho hladinu lze zvyšovat i legálně, přirozenou cestou například pobytem ve vysokohorských podmínkách při nižší koncentraci kyslíku. A právě schopnost tímto způsobem navýšit produkci EPO je dána geneticky.

Vítězné geny pouze k vzteku

Přesto genetici pochybují o tom, že podle vhodných genů by se mohlo u dětí určovat, jestli z nich jednou budou šampióni. „Pokud by existovalo několik málo genů se značným vlivem na pozdější výkon, asi bychom už dnes podobné testy prováděli,“ vysvětluje Claude Bouchard  Penningtonského biomedicínského centra v louisianské Baton Rouge v USA. „Jenže zatím to vypadá, že existuje kolem 50 sportovních genů, přičemž každý z nich se na výsledku podepíše 3-4 %.“
Poměrně malá účinnost jednotlivých genů je dána složitostí fungování lidského těla. Například všechny geny pro efektivní buněčný metabolismus a rychlé rozvážení kyslíku přijdou vniveč v okamžiku, kdy vyrobená energie neposlouží pro mechanickou práci svalů, ale vyplýtvá se na produkci tepla. Jakým způsobem je vyrobená energie využita, je také určeno geny. Lidé pocházející z chladnějších oblastí energií „topí“, zatímco lidé z teplejších oblastí větší část energie využijí na mechanickou práci.

V dnešním světě však nemusí být druhá varianta žádnou výhrou. Pokud člověk nesportuje, cpe se čokoládou a sedí u počítače, jeho výkonné buněčné turbíny nevědí co roupama a vyrábějí volné radikály – nebezpečné látky, které poškozují tkáně. Takoví lidé jsou pak více náchylní k degenerativním poruchám mozku, rakovině nebo předčasnému stárnutí.

Výbava potřebná pro rozené šampióny
Sprinteři: Gen ACTN3 – sprinteři a siloví atleti mívají tento gen třikrát častěji než zbytek sportovců. Jeho přesná funkce není známa, nicméně patrně je důležitý pro správnou funkci rychlých svalových vláken.

Horolezci: Gen ACE – tento gen má pro sportovce dvě důležité varianty. Forma II se vyskytuje zejména u vytrvalců a horolezců, forma DD u sprinterů. Ovlivňuje krevní tlak a efektivitu využití kyslíku ve tkáních.
Maratonci: Gen PPAR-delta – pokusy u myší prokázaly, že majitelé tohoto genu mají ve svalech vyšší zastoupení pomalých svalových vláken a vydrží běžet na dvojnásobnou vzdálenost než zbytek pokusných zvířat.

Cyklisté: Gen CKMM – ovlivňuje zvýšení rychlosti výroby energie v buňkách v důsledku intenzivního tréninku.
Vzpěrači: Nefunkční varianta genu pro myostatin – pokud je myostatin umělým zásahem vyřazen z funkce, svaly se „utrhnou ze řetězu“ a rostou do extremních rozměrů.

Vytrvalecké rukavice

Naše tělo by se dalo rozdělit na jádro, kde jsou vnitřní orgány, a povrch tvořený kůží s periferním nervy a cévami. Pokud potřebujete rychle změnit teplotu jádra, nejdříve musíte zahřát celý povrch. Existuje však jedna výjimka – jakási zkratka, kterou lze teplo odvádět a přivádět mnohem rychleji. Naše dlaně obsahují hustou síť cévek, které slouží jako radiátory – předávají teplo do okolí s mnohem větší účinností než ve zbytku těla.
Na základě tohoto poznatku američtí vědci vyvíjejí pro potřeby armády rukavice, které mají zajistit ochlazení vojáků při přehřátí nebo podchlazení hlavně při akcích v poušti. Podtlak v rukavicích způsobí rozšíření cévek, a pak už stačí jen zvýšit nebo snížit teplotu. Změna teploty celého těla se tak značně urychlí. Provedené zkoušky s rukavicemi navíc prokázaly, že při ochlazování dlaní se při zátěži o 50-100 % času oddálí vyčerpání organismu. Příčinou je fakt, že se zpomalí přehřívání svalů. Kromě vojáků mají rukavice nalézt uplatnění i u horolezců.

Rubriky:  Zajímavosti
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Život v jurtě aneb Souznění s přírodou

Život v jurtě aneb Souznění s...

Vzhled jurt se region od region liší, co však mají všechny společné je...
Podpora bikesharingu v Česku

Podpora bikesharingu v Česku

Ministerstvo životního prostředí spolu se Státním fondem životního prostředí ČR...
V Šanghaji přesunuli buddhistický chrám

V Šanghaji přesunuli buddhistický...

V nejlidnatějším městě Číny bylo v neděli dokončeno 15 dní trvající...
Čeští vědci zkoumají mimořádně důležitého mořského prvoka

Čeští vědci zkoumají mimořádně...

Českobudějovičtí parazitologové získali další americký grant na výzkum mořského...
Jak se těží český granát?

Jak se těží český granát?

České granáty jsou díky své krvavě červené barvě nezaměnitelné a po špercích z nich...
Smajlík slaví 35. narozeniny

Smajlík slaví 35. narozeniny

Vývoj v oblasti počítačových technologií nabírá tempo dosahující takříkajíc...
Tajuplný Teotihuacán – mezi Sluncem a Měsícem

Tajuplný Teotihuacán – mezi...

Teotihuacán byl ve své době nejvýznamnějším náboženským centrem Střední...
Navštívili jsme výstavu Fenomén Masaryk

Navštívili jsme výstavu Fenomén...

Včera tomu bylo přesně 80 let, co zemřel první československý prezident Tomáš...
České středohoří nabízí díky vulkanické činnosti ojedinělý ráz krajiny

České středohoří nabízí díky...

Můžeme být v klidu, všechny sopky na našem území jsou naštěstí již neaktivní....
Jak se utvářel povrch naší země?

Jak se utvářel povrch naší země?

Česká a moravská krajina rozhodně nejsou jednotvárné. Zemský ráj to...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Tajemství parního stroje: Krok k průmyslové revoluci!

Tajemství parního stroje: Krok k...

James Watt (1736–1819) nebyl prvním mechanikem, který chtěl přimět páru k...
Šílenství ve Rwandě: 800 000 mrtvých za 100 dní!

Šílenství ve Rwandě: 800 000...

Městečko Kibeho najdete na jihu africké Rwandy. 22. dubna 1995 se tahle malá...
Leží ve štolách nedaleko Prahy stovky beden nacistického zlata? Možná ano!

Leží ve štolách nedaleko Prahy...

V českých zemích bylo od 18. století dodnes objeveno více než 4500...
Pozor! Na těchto místech prý lze vkročit do jiné dimenze

Pozor! Na těchto místech prý lze...

Mladí lidé se utáboří mezi kameny. V noci zuří strašlivá bouře. Chvíli se ozývá...
Caesar & ženy: Senátory poráží i v ložnicích

Caesar & ženy: Senátory...

„Pozor na manželky! Vedeme plešatého smilníka!“ rozkřikují po Římě...
Čeká nás zombie apokalypsa? Vyhladila by lidstvo za 100 dní!

Čeká nás zombie apokalypsa?...

Živí mrtví by mohli vyhladit lidstvo za neuvěřitelně krátkou dobu....
Edward Snowden: Muž, jehož kufřík, změnil svět

Edward Snowden: Muž, jehož kufřík,...

Telefony v sídle americké tajné služby CIA zvoní jako na poplach. Píše se...
Katyň: Na cestu smrti dostávali Poláci tři sledě

Katyň: Na cestu smrti dostávali...

Uličkou mezi svými spoluvězni ze sovětského zajateckého tábora Kozelsk (zhruba 200...
Krimi z Ameriky: Nejhorší masakr spáchá pomstychtivý účetní

Krimi z Ameriky: Nejhorší masakr...

První pohled připomíná válečnou zónu. Všude je prach. Jarním vzduchem zní...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.