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

Snaha o napodobení mimozemské DNA v laboratoři

Snaha o napodobení mimozemské DNA...

Vědecká laboratoř se snaží vytvořit něco docela cizího, aby si mohla lépe...
Největší včela světa

Největší včela světa

V Indonésii nalezla mezinárodní skupina vědců zástupce včely, která je až...
Přichází éra ohebných mobilů

Přichází éra ohebných mobilů

Jihokorejská společnost Samsung nečekaně odhalila své „želízko v ohni“ na poli...
Vědci vyvinuli netoxický zpomalovač hoření

Vědci vyvinuli netoxický...

O užitečnosti zpomalovačů hoření se asi není třeba dlouze rozepisovat. Své by o tom...
Kamarád ke sdílení

Kamarád ke sdílení

Automobilky se již pilně připravují na letošní ženevský autosalon a...
Běhá si, ani neví, jak

Běhá si, ani neví, jak

Novinka na poli autonomní robotiky se jmenuje AntBot. Jak již...
Spíte dostatečně?

Spíte dostatečně?

Že je spánek důležitý asi netřeba ani zdůrazňovat. Co se ale s lidským...
Vědci získávají oxid křemičitý ze slupek od rýže

Vědci získávají oxid křemičitý ze...

Liberečtí vědci objevili metodu, kterou lze získat oxid křemičitý ze slupek od...
Partnerská válka o prostor v posteli? Ford nabízí řešení, inspirované systémem udržování jízdních pruhů

Partnerská válka o prostor v posteli? Ford...

Má-li Váš partner tendenci opouštět svou stranu postele a neustále se...
Zamořené české lesy

Zamořené české lesy

Čím dál častěji se v lesích a parcích České republiky setkáváme s cizokrajnými...

Nenechte si ujít další zajímavé články

VIDEO: Proč se rodí siamská dvojčata?

VIDEO: Proč se rodí siamská...

I přesto, že se to neděje příliš často, občas se...
Ředitel Zemské banky Karel Mattuš: Poctivec, který čekal na příležitost

Ředitel Zemské banky Karel Mattuš:...

Když se na konci 80. let 19. století rozhodne Sněm Království českého založit...
Na prvním dojmu záleží! S naší důvěrou k cizincům si lidský mozek hraje

Na prvním dojmu záleží! S naší...

Řečí a poučení o tom, jak máme být při jednání s cizinci opatrní, a...
Pandy nejsou jen roztomilá zvířata, ale také cenný vývozní artikl

Pandy nejsou jen roztomilá zvířata,...

Panda jako první krok na čínských diplomatických cestách. Právě tím se...
Z lásky se směla provdat jediná dcera Marie Terezie

Z lásky se směla provdat jediná...

„Adieu myšičko,“ loučí se v dopise se svým ženichem Františkem Štěpánem...
VIDEO: Jak by vypadal svět, kdyby neexistovalo Slovensko?

VIDEO: Jak by vypadal svět,...

O Slovensko jsme vlastně přišli už několikrát. Co...
Tragické lásky Hollywoodu: Liam Neeson a Natasha Richardsonová

Tragické lásky Hollywoodu: Liam...

„Nemůžete se na to připravit. Myslíte si, že to pláčem odplavíte, ale...
Karel IV. se v honbě za římskou korunou neštítil ničeho

Karel IV. se v honbě za římskou...

„Ty budeš jednou římským králem,“ prorokuje Karlovi Lucemburskému kardinál Pierre...
Jak sídla kanceláří ovlivňují rozhodnutí lidí, kteří v nich pracují?

Jak sídla kanceláří ovlivňují...

Obchodní čtvrti plné mrakodrapů se staly součástí všech významnějších...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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