Limity lidského těla: Kde leží hranice lidské vytrvalosti?

V únoru svírají Aljašku třeskuté mrazy a krajinu bičují ledové vichry. Přesto právě začátkem tohoto měsíce vyrážejí vytrvalci do divočiny na cestu z Whitehorse do Dawson City v závodu Yukon Arctic Trail dlouhém 688 kilometrů. V roce 2013 zdolal Švýcar Casper Wakefield tuto trať v rekordním čase 186 hodin a 50 minut. Výbavu pro přežití v krutých podmínkách si táhl za sebou naloženou na saních. Dosáhl rychlostního průměru 3,68 kilometru v hodině, což představuje při teplotách klesajících až k –50 °C a větrech síly hurikánu neuvěřitelný výkon. Co všechno člověk zvládne a kde jsou hranice jeho vytrvaleckých možností?

Limit v příjmu energie

Člověk spotřebovává energii, i když je v naprostém klidu. Pokrývá tím nároky spojené se základními životními pochody, jako je třeba dech nebo tep srdce. Tato spotřeba energie se označuje jako klidový energetický výdej. Při vytrvaleckých výkonech výdej energie prudce stoupá. Triatlonisté závodící na dlouhých tratích mohou během závodu spalovat 9,4násobek klidového energetického výdeje. Profesionální cyklista zvyšuje během etap závodu Tour de France svůj klidový energetický výdej na pětinásobek. Polárníci putující na lyžích napříč Antarktidou spalují 3,5krát víc energie, než činí jejich klidový energetický výdej.

Triatlonisté, cyklisté ani polárníci nevydrží takovou zátěž natrvalo. Extrémní triatlony trvají kolem jedenácti hodin. Tour de France zvládnou závodníci s dvěma dny volna za třiadvacet dní. Bezmála tři tisíce kilometrů dlouhý přechod Antarktidy zabral Børgemu Ouslandovi na přelomu roku 1996 a 1997 dva měsíce. Norský polárník se však za příhodného větru nechal na lyžích táhnout padákem, a tím ušetřil spoustu sil. Ani on by ale nevydržel toto tempo dlouhodobě.

Má lidské tělo nějaký objektivně nastavený limit? Anebo jsou hranice současných výkonů limitovány psychicky? Organizátoři Yukon Arctic Trail uvádějí, že závodníci nevzdávají běh v těch fyzicky nejnáročnějších pasážích, jako jsou přechody horských sedel, ale naopak na rovinách, které patří k nejobtížnějším z psychických důvodů.

Neprolomitelná hranice

Na otázku, jaký výdej energie lidské tělo zvládá, našli nedávno odpověď vědci z týmu vedeného Hermanem Pontzerem z Duke University v americkém Durhamu a Johnem Speakmanem ze skotské University of Aberdeen. Ve studii publikované vědeckým časopisem Science Advances sledovali energetický výdej sportovců v mnoha vytrvalostních disciplínách s různou délkou trvání. Došli k závěru, že člověk nemůže natrvalo vydávat více než 2,5násobek klidového energetického výdeje. 

Důvod tkví podle vědců z Pontzerova a Speakmanova týmu v tom, že kapacita trávicího traktu nedovoluje člověku získat z potravy víc živin, a doplnit tak vydanou energii. A to navzdory pokrokům ve výživě sportovců, kteří dnes mají k dispozici speciálně připravované energetické nápoje, gely nebo tyčinky a v přípravě na výkon i při výkonu samotném jim jídelníček sestavují nutriční specialisté. Pokud člověk dlouhodobě vydává víc energie, než kolik jí dokáže s potravou přijmout, jeho organismus se dříve či později vyčerpá a hrozí mu kolaps. 

V této souvislosti upozorňují vědci na fakt, že těhotné ženy mají dlouhodobě zvýšený výdej energie na 2,2násobek klidového energetického výdeje. Podávají tedy během těhotenství podobný výkon jako extrémní vytrvalci. I to je podle autorů studie důkaz, že 2,5násobný dlouhodobý výdej klidového energetického výdeje je na hranici lidských možností. Pro normálního netrénovaného smrtelníka je dlouhodobý výkon vyžadující 2,5násobek klidového energetického výdeje neúnosný. K výkonům na hranici lidských možností se musí připravit důkladným tréninkem.

Tajemství mitochondrií

Pro vytrvalost je klíčová schopnost organismu produkovat energii. Na začátku každého výkonu sáhnou svalové buňky pro energií nabité molekuly kreatinfosfátu. Jeho zásoba se ale vyčerpá během několika mála vteřin. Další energii získávají pracující svaly štěpením glukózy. Je to poněkud marnotratný výrobní postup. Glukóza se štěpí na odpadní produkty, které stále ještě obsahují hodně energie. Nespornou výhodou je rychlost, s jakou se energie vyrábí. Při krátkodobé námaze tento zdroj stačí. Pro vytrvalostní výkony však musí organismus přejít na mnohem efektivnější spalování cukrů a tuků za přítomnosti kyslíku. Při něm vznikají zplodiny s minimálním obsahem energie. 

V buňkách plní roli spalovny cukrů a tuků útvary zvané mitochondrie. Špičkoví vytrvalci mají ve svalových buňkách těchto „spaloven“ mnohem více než většina lidské populace. Rovnat se jim v tomto ohledu nemohou ani nejlepší sprinteři. Světový rekordman v běhu na sto metrů nepotřebuje pro svůj výkon ve svalech víc mitochondrií, než kolik jich má člověk vysedávající na gauči u televize. Sprinter protne cílovou pásku dřív, než stačí mobilizovat mitochondrie ke spalování tuků a cukrů. Vytrvalci jsou ale na práci mitochondrií závislí a vůbec není jedno, kolik jich mají ve svalech k dispozici a jak efektivně jim tam pracují. 

V učebnicích se mitochondrie obvykle zobrazují jako bochníčkovité útvary. Takový tvar je typický pro mitochondrie jaterních buněk. V buňkách svalu se nacházejí mitochondrie rozvětvené do spletité sítě, která připomíná talíř špaget. Jejich výběžky se proplétají svalovou buňkou a dodávají energii na všechna potřebná místa.

Ještě výstižnější by bylo přirovnat mitochondrie svalu k plechovce plné žížal, protože jsou doslova jako živé. Navzájem se propojují a pak zase rozdělují. Ani na chvíli nezůstávají v klidu. Stejně dynamicky reagují na zátěž svalu. Po pouhých čtrnácti dnech tréninku jejich masa citelně nabude. Žádný jiný ukazatel fyzické zdatnosti se nezvedá tréninkem tak rychle jako kapacita mitochondrií vyrábět pro sval energii.

Tělo není uvyklé pohybu, léta spíme

Když dá člověk vale pasivnímu životnímu stylu a začne třeba s rekreačním během, nečeká ho nic příjemného. Tělo není zvyklé na námahu a trpí. Už tato první tvrdá lekce ale startuje množení mitochondrií a vytváří základ pro zvýšení vytrvalosti. To není jediný efekt tréninku. Vnitřní stěna mitochondrií je zvlněná a s tréninkem její zprohýbání narůstá, takže se zvětšuje i celková plocha vnitřní stěny mitochondrií.

Na záhybech mitochondrií se nacházejí enzymy, jejichž úlohou je popohánět spalování cukrů a tuků. Jak se zvětšuje vnitřní povrch mitochondrií, přibývá i uskladněných enzymů a stoupá celková výkonnost mitochondrií a svalových buněk. Ta roste také s tím, jak se enzymy potřebné k výrobě energie v mitochondriích aktivují. Špičkoví vytrvalci tak mají ve svalech nejen větší množství mitochondrií, ale jejich mitochondrie pracují na vyšší obrátky. 

Ze zlepšené práce mitochondrií mohou těžit i lidé, kteří nepodávají špičkové sportovní výkony. Švýcarští vědci například získali pro svou studii tři desítky seniorů, kteří se pohybu spíše vyhýbali, než že by ho vyhledávali. Když po čtyři měsíce třikrát v týdnu cvičili, prošly jejich mitochondrie ve svalech zajímavou proměnou. Enzymy se v nich shlukly do organizovaných konglomerátů a biochemické reakce potřebné pro výrobu energie pak probíhaly o poznání efektivněji. Senioři se díky tomu dopracovali k vyšší fyzické zdatnosti.

Mitochondrie trénovaných sportovců jdou v adaptaci na zvýšenou zátěž ještě dál. Skladují kapénky tuku v blízkosti enzymů potřebných k jejich spalování, takže mitochondrie má „pohonné hmoty“ neustále po ruce. Tvrdý trénink je třeba nejen k dosažení vytrvalosti, ale také pro její udržení. Mitochondrie jsou poměrně krátkověké. Za týden až dva jich polovina zanikne a jsou nahrazeny nově zbudovanými. Nové mitochondrie je nutné tréninkem „zaškolit“ na intenzivní tvorbu energie. Pokud sportovec poleví v tréninku, začnou mu ve svalech převládat „netrénované“ mitochondrie, a on velmi rychle ztrácí sportovní formu.

Novinky vytrvaleckého tréninku

Vytrvalecký trénink se vyvíjel po dlouhou dobu metodami pokusů a omylů. Sportovci a jejich trenéři se tak nakonec dopracovali k tréninkovým postupům, o kterých vědí, že přinášejí zlepšení výkonů. Mechanismy, jaké přitom probíhají v těle na buněčné a molekulární úrovni, ale zůstávaly záhadou. Vědci jim přicházejí na kloub až v poslední době. „Vědci se toho od sportovců v těchto otázkách naučili víc, než kolik se toho mohli naučit sportovci od vědců,“ glosuje současný stav výzkumu lidské vytrvalosti kanadský fyziolog David Hood působící na torontské York University.

Jednou ze základních metod tréninku zaměřeného na zvýšení vytrvalosti je narušení rovnováhy v organismu, a především ve svalech. Sportovci si mohou například zvýšit vytrvalost tím, že pokračují v námaze i poté, co vyčerpali zásoby energie ve svalech. Takový trénink opravdu bolí, ale dochází při něm k rozpadu starých mitochondrií a jejich náhradě novými, výkonnějšími.

TIP: Zakázaná vášeň: Snižuje sexuální aktivita sportovní výkonnost? 

Ukázalo se, že v tomto ohledu je velmi účinný například vysokohorský trénink. Sportovci ho podstupují především proto, aby ve velké nadmořské výšce s nižším množstvím kyslíku ve vzduchu dosáhli zmnožení počtu červených krvinek a zvýšení výkonnosti srdečního svalu. Nový výzkum ale prokázal, že za měsíc pobytu ve vysoké nadmořské výšce stoupne celkové množství mitochondrií ve svalech o 8 %. A to rozhodně není zanedbatelný přínos. Trenéři ve spolupráci se sportovními lékaři volí různé režimy vysokohorského tréninku. Sportovci tak třeba spí ve výšce, ale přes den trénují v nižších polohách. Jiní však volí přesně opačný model přípravy, když trénují ve velkých výškách a spí v níže položených oblastech. Někteří sportovní lékaři jsou přesvědčeni, že ještě významnějšího zlepšení lze dosáhnout permanentním pobytem ve výšce kolem 3 500 metrů nad mořem.