Skáčeme, žmurkáme, ale aj dýchame a tlčie nám srdce – za toto všetko vďačíme svalom. Sval – to je veľmi dômyselne vytvorená zmes vody (75 %), organických (24 %) a anorganických látok (1 %).

MYOGLOBÍN ALEBO PREČO JE UVARENÉ MÄSO HNEDÉ

Ľudské svaly potrebujú pre svoju činnosť kyslík. Ten sa však musí viazať na farbivo myoglobín, ktoré preberá kyslík z hemoglobínu, ktorý je transportérom kyslíka v krvi. Hoci sa hemoglobín skladá zo štyroch reťazcov a myoglobín iba z jedného, sú tieto dve štruktúry veľmi podobné. Na každom reťazci je naviazaný ión Fe^2+, ktorý je zodpovedný za červenú farbu krvi i svalov. Avšak pri varení mäsa sa jeden elektrón z atómu železa viaže na molekulu vody. Práve táto oxidácia je zodpovedná za zhnednutie mäsa tepelnou úpravou.

Molekula hemoglobínu

Keď v roku 1958 objavili výskumníci z cambridgeskej univerzity trojrozmernú štruktúru ľudského myoglobínu a hemoglobínu (za tento objav bola udelená Nobelova cena za chémiu), netušili, ako veľmi to uľahčia evolučným biológom. V priebehu nasledujúcich dvoch desaťročí boli opísané aminokyselinové sekvencie desiatok živočíchov. Ukázalo sa, že tieto dve krvné farbivá sú evolučne veľmi starostlivo konzervované štruktúry a rozdiely medzi nimi sa dajú použiť na zostavenie evolučného rodokmeňa. Za štandard, s ktorým sa porovnávali, bol zvolený veľrybí myoglobín a konský hemoglobín. Takto získaný evolučný strom sa dokonale zhodoval s evolučnou predstavou paleontológov a archeológov.

Myoglobín pomáha aj pri diagnostike srdcového infarktu – uvoľňuje sa z poškodeného srdcového svalu. Ak sa ho však uvoľní príliš veľa (napr. pri zasypaní snehom alebo úrazoch, pri ktorých sa pomliaždi množstvo svalov), stáva sa zdrojom problémov, pretože upcháva obličky a pacient umiera na ich zlyhanie.

RÝCHLE A POMALÉ SVALOVÉ VLÁKNA

Obsah myoglobínu v jednotlivých svalových vláknach umožňuje rozlíšiť dva typy svalových vlákien. V jednom experimente sa vedci snažili zistiť, či je sklon k vytrvalosti geneticky daný alebo sa dá natrénovať, tak, že odoberali vzorky z lýtkového svalu. Zistili, že sa v nich odlišuje množstvo bielych a červených svalových vlákien. Viac červených vlákien zodpovedalo lepším výsledkom v športoch ako sú behy na drahé trate či cyklistika, biele vlákna zas súviseli s lepšími výsledkami v šprinte či vzpieraní. Rozličné typy svalových buniek však existujú aj v zvieracej ríši – ťažšie by sme hľadali červené vlákna v končatinách geparda a biele v prsných svaloch sťahovavých vtákov.

Ukázalo sa, že červené vlákna okrem toho, že obsahujú viac myoglobínu, ktorý im prepožičiava červenú farbu, majú aj zvýšené kapilárne zásobovanie a viac mitochondrií, čo súvisí so zvýšenou dodávkou a využitím kyslíka. Na druhej strane, biele vlákna disponujú väčším množstvom kontraktilných elementov, a teda nárazovo sú schopné vyvinúť väčšiu silu, hoci sa ľahšie unavia.

Aj metabolizmus týchto dvoch typov svalových buniek je odlišný. Rýchle, biele svalové vlákna nemajú čas na spaľovanie mastných kyselín, a preto si musia vystačiť s anaeróbnym spaľovaním glukózy, ktoré, hoci je pohotovejším zdrojom energie, je zároveň rádovo menej energeticky výhodné. Môžeme si to predstaviť na príklade behu.

Začíname bežať. Prvú sekundu až dve spaľujeme zásoby ATP, čo je základný energetický substrát pre každú bunku (všetky energetické substráty sa musia na ATP premeniť, pretože bunka nedokáže „stráviť“ nič iné). Nasledujúcich 10 sekúnd bežíme na glukózu (teda spotrebúvame ju, tiež sa musí premeniť na ATP). My však bežíme ďalej, a tak telo musí uvoľniť glukózu štiepením glykogénu, čo je polymerizovaná glukóza uskladnená v našich kostrových svaloch a pečeni. To, koľko glykogénu máme v zásobe, sa dá výrazne ovplyvniťtréningom. Fenomén popisovaný ako „náraz do múru“, veľmi častý u mladých maratónskych bežcov, je spôsobený práve nedostatočným vytvorením zásob glykogénu, ktoré obvykle dochádzajú na 33. kilometri. Bežci to popisujú ako náhlu neprekonateľnú slabosť, proste im kompletne dôjde energia na beh.

Bunky pečene obsahujú mnoho glykogénu (1), ktorý sa pri športovom
výkone rozkladá na glukózu

Bez mastných kyselín by však bolo čosi tak energeticky náročné ako maratón nerealizovateľné. Každý z nás ich má v tele zásoby na zabehnutie viacerých maratónov a na porovnanie – ak by priemerný človek (70 kg) mal mať túto energiu uloženú vo forme glykogénu, vážil by o 55 kg viac.

Tieto metabolické cesty sa nedajú striktne oddeliť, vzájomne sa prelínajú: napr. ešte sa nespotrebovali všetky zásoby glukózy, ale telo ju už začína uvoľňovať z glykogénu, podobne aj mastné kyseliny sa začnú spaľovať predtým, než zásoby glykogénu poklesnú k nule. Je celkom prirodzené, že tak, ako sa dá ovplyvniť rýchlosť vytvárania zásob glykogénu, i spaľovanie mastných kyselín sa dá „natrénovať“. Zlepšovanie kondičného stavu znamená zefektívnenie práce enzýmov tej metabolickej cesty, ktorú náš organizmus využíva, ale aj zväčšovanie či pribúdanie svalových vlákien.

ZA DVERAMI POSILŇOVNE

Svalová hmota priemerného muža tvorí 36 % celkovej hmotnosti, u ženy je to 32 %. Za istých okolností môže toto číslo výrazne kolísať (od 30 do 50 %), v závislosti od toho, či máme svaly zmenšené (atrofované) alebo zväčšené (hypertrofované). Najčastejšou príčinnou je ich (ne)činnosť, významnú rolu v tomto procese však zohráva i vek. Ako starneme, znižuje sa citlivosť svalových buniek na rastové faktory, bunky nereagujú na rastový hormón a iné stimulujúce látky. Výsledkom je, že starí ľudia majú zvyčajne oveľa tenšie a ochabnutejšie končatiny (na končatinách sú svaly najjednoduchšie pozorovateľné). Iste, súvisí to aj s ich zníženou telesnou aktivitou oproti aktivite mladých, čím sa dostávame k úplne najčastejšiemu javu – svalová atrofia z nečinnosti. Možno sa to stalo práve tebe – po tom, ako ti po mesiaci zložili sadru z nohy, bola oveľa tenšia než zdravá, ktorou bolo možné hýbať. Svalové bunky sú totiž veľmi závislé od nervových impulzov a ak neprichádzajú, sval začína zakrpatievať. Našťastie je to vratný proces, bunky nehynú, iba sa zmenšujú. Po opätovnom zapojení svalu do činnosti sa obvykle sval veľmi rýchlo navráti do pôvodnej formy. Ak v cvičení budeme pokračovať, svaly nám dokonca hypertrofujú – a týmto sa dostávame k podstate posilňovania.

Väčšina buniek v ľudskom tele sa množí delením. Najskôr dôjde k rozdeleniu bunkového jadra, potom sa rozdelí bunka samotná. Svalové vlákno je vysoko špecializovaná podlhovastá svalová bunka, ktorá niekedy dosahuje dĺžku až 20 cm a obsahuje na jeden centimeter dĺžky 350 – 500 jadier. Za svoju vysokú špecializáciu platí daň – jadrá vo svalových vláknach sa nedokážu klasickým spôsobom deliť na dve dcérske vlákna. Má to význam pravdepodobne z hľadiska spojenia s nervami, pretože delením vlákien by mohli vznikať vlákna bez motorickej inervácie. Svalové tkanivo sa s problematikou obmedzeného delenia vysporiadalo po svojom – našlo si vlastné cesty, ako sa zväčšovať. Pri prvej z nich sa zväčšuje objem cytoplazmy svalových buniek, svalová sila však ostáva rovnaká. Druhý spôsob nárastu svalovej hmoty je pribúdaním kontraktilných proteínov. Pri posilňovaní sa muži obvykle snažia o tento typ nárastu svalov. Takmer každý v posilňovni lopotiaci sa jedinec sa už stretol s radou, že má cvičiť tak intenzívne, aby ho svaly pálili. Je to zmysluplná rada, pretože v sebe ukrýva podstatu svalového rastu pri posilňovaní: zdá sa, že základom pre tento typ hypertrofie sú mikrotraumy svalových vlákien. Mikrotraumy nastávajú, keď mierne preťažujeme svoje svaly. Obranným mechanizmom tela je okrem nahradenia poškodeného tkaniva aj pridanie nového. Zmnožením hmoty sa zníži riziko, že sa poškodenie bude opakovať. Toto zväčšovanie je však limitované mnohými faktormi. Jedným z nich je to, že jedno jadro vo svalovom vlákne je schopné „spravovať“ len obmedzené množstvo hmoty, ktorá tvorí sval. Pokiaľ sval narastie do určitého limitujúceho rozmeru, existujúce jadrá už nie sú schopné spravovať viac hmoty a rast sa zastaví.

Tu sa takmer dostávame do slepej uličky – jadrá vo svalových bunkách sa nedokážu deliť, hoci väčšina buniek v ľudskom tele sa množí delením. Našťastie sa v okolí svalových vlákien nachádzajú tzv. satelitné bunky. Sú to malé jednojadrové bunky, ktoré sa za určitých okolností môžu aktivovať a vytvoriť zrelú svalovú bunku. Vyzerá to tak, že posilňovaním bunky zväčšujú nielen svoj objem, ale i počet.

Niektoré plemená úžitkového dobytka sa vyznačujú mohutnou svalovinou, zapríčinenou zníženou aktivitu génu, ktorý kóduje rastový a diferenciačný faktor myostatín. Úplne vyradenie tohto génu u myší má za následok, že ich svalovina je dvakrát až trikrát väčšia oproti zdravým myšiam.

Vpravo je myš s vyradeným génom pre myostatín s podstatne
mohutnejšou svalovinou

SVALOVÁ ATROFIA U HIBERNUJÚCICH ŽIVOČÍCHOV

Ako je možné, že medveďom po zimnom spánku ostane na tele dosť svalov na to, aby sa na jar vôbec dostali von z brlohu? Týmto hibernujúcim cicavcom koluje v krvi špeciálny inhibítor proteolýzy, látka, ktorá zabraňuje telu metabolizovať vlastné bielkoviny. A tak medvede spaľujú predovšetkým tuk. Udržaniu potrebnej sily výrazne napomáha skutočnosť, že medvede si cez zimu doprajú pár viacdňových vychádzok.

NEMODERNÁ SVALOVKA

Teória postavená na mikrotraumách svalových vlákien sa stala takou populárnou, až začala vytláčať pevne vžitú predstavu o pôvode svalovky. Svalovka je svalová bolesť nasledujúca jeden až tri dni po cvičení, predtým pripisovaná kyseline mliečnej a iným odpadovým látkam. Mechanizmus pôsobenia je nasledujúci: Kyselina mliečna (laktát) spôsobuje vyššiu koncentráciu vodíkových katiónov, ktoré dráždia voľné nervové zakončenia, čo pociťujeme ako bolesť. Po troch dňoch by sme už nemali mať v svaloch žiaden laktát, ktorý by už mal byť odplavený krvou a zmetabolizovaný. No svaly boľavé i po troch dňoch nakoniec donútili vedcov prikloniť sa k teórii drobných trhliniek v kontraktilných bielkovinách svalových buniek. Pravdou ale zostáva, že existuje spôsob, ako vycvičiť naše svaly, aby sa rýchlejšie zbavovali laktátu. Rovnako dobre môžeme ovplyvniť rýchlosť jeho vstupu do srdca, pečene a červených krviniek, ktoré ho konzumujú ako zdroj energie, a tak šetria glukózu v krvi pre svaly. Dosiahneme to pravidelným tréningom, ktorý navyše zlepšuje udržovanie svalovej kontrakcie, zvyšuje schopnosť svalových vlákien spotrebovávať ako zdroj energie mastné kyseliny a stojí dokonca za vytváraním nových kapilár v pracujúcom svale.

Doteraz sme si spomínali situácie, keď nám pribúda či ubúda svalová hmota za normálnych, fyziologických okolností. Niektorí však tieto fyziologické podmienky nikdy nezažijú.

Molekula kyseliny mliečnej

DUCHENNOVA SVALOVÁ DYSTROFIA

Ide o závažné genetické ochorenie viazané na chromozóm X. Tento typ dedičnosti spôsobuje, že takmer vždy postihuje chlapcov (1:3 500 živo narodených). Ženy totiž majú chromozómy X dva, a tak i keď zdedia od jedného rodiča poškodenú alelu, takmer vždy je tu druhá, nepoškodená alela, ktorá zachraňuje situáciu.

Duchennova svalová dystrofia je charakterizovaná rýchlym postupom svalovej degenerácie. Jej symptómy sa zvyčajne prejavia už pred šiestym rokom života, najčastejšie vo veku, keď dieťa začína chodiť. Chôdza týchto detí je zvláštna, majú problém udržať rovnováhu a najťažšie je pre nich vyjsť po schodoch. Je to zapríčinené slabosťou ich lýtkového svalu, ktorá ich núti chodiť akoby po špičkách. Paradoxne, lýtka majú nadpriemerne hrubé – svalové bunky sú nahradzované tukom.

V dvanástich rokoch už takéto dieťa potrebuje vozík. Pred 20. rokom života zvyčajne umiera na zlyhanie dýchacích svalov. Časť pacientov však stíha splodiť vlastné potomstvo. Dokonca sú známe prípady, keď sa takto postihnutí muži dožili päťdesiatky.

Za Duchennovou svalovou dystrofiou stojí mutácia najväčšieho známeho génu v ľudskom genóme. Je to gén pre dystrofín, dôležitú bielkovinu zabezpečujúcu celistvosť membrány svalovej bunky. Membrána bunky je pre bunku životne dôležitá, pretože ju oddeľuje od okolitého prostredia. Keď je poškodená, bunka je skôr či neskôr odsúdená na zánik. A tak týmto chlapcom pomaly ubúdajú svalové bunky a sú nahradzované tukovým a väzivovým tkanivom. Nádejným liekom sa zdá byť látka, ktorá by slúžila ako tmel pre membránu svalových buniek. Vyzerá to tak, že terapiou budúcnosti bude génová terapia – reparácia poškodeného génu.

Katarína Molnárová