Gymnázium Jana Nerudy Závěrečná práce studentského projektu
SVALY
Evropský sociální fond Praha a EU – Investujeme do vaší budoucnosti
Anna Čeňková Andrea Holoubková Hana Klupáková Veronika Zittová 2014
Alexandra Zonn
Anotace Závěrečná studentská práce podává celistvé informace o svalech. V první, teoretické části se zabývá jejich funkcemi, typy a sloţením. Poté vysvětluje různé mechanismy svalové kontrakce včetně fází a druhů. Na konec přibliţuje téma látkové přeměny, jakoţto výsledného procesu. Druhou, praktickou část tvoří porovnání výkonu sportovců a nesportovců. Součástí výzkumu jsou i vysvětlení, které svaly při daných cvicích pracují. Celá práce je doprovázena obrazovým materiálem.
Čestně prohlašujeme, ţe jsme tuto závěrečnou studentskou práci vypracovaly samy za uţití uvedené literatury a zdrojů. Anna Čeňková, Andrea Holoubková, Hana Klupáková, Veronika Zittová, Alexandra Zonn
Obsah Úvod ........................................................................................................................................................ 5 Teoretická část......................................................................................................................................... 6 1. Funkce svalu ........................................................................................................................................ 6 2. Typy svalů a jejich stavba ................................................................................................................... 6 2.1. Hladká svalovina .......................................................................................................................... 6 2.2. Příčně pruhovaná svalovina (kosterní svalstvo) ........................................................................... 7 2.2.1. Sloţení kosterního svalu ........................................................................................................ 7 3. Sval srdce (Myocardium) .................................................................................................................... 9 4. Kontrakce svalu ................................................................................................................................. 11 4.1. Mechanismus spřaţení excitace – kontrakce – relaxace ............................................................ 11 4.1.1. Iniciační (excitační) fáze ..................................................................................................... 11 4.1.2. Kontraktilní fáze .................................................................................................................. 11 4.1.3. Relaxační fáze ..................................................................................................................... 12 4.2. Mechanismus posuvu myofilamentů .......................................................................................... 12 5. Látková a energetická přeměna ......................................................................................................... 14 5.1. Katabolismus .............................................................................................................................. 16 5.2. Anabolismus ............................................................................................................................... 16 Praktická část......................................................................................................................................... 18 6. Experimentální měření fyzického výkonu......................................................................................... 18 6.1. Zapojené svalstvo ....................................................................................................................... 18 6.2. Porovnání sportovců a nesportovců............................................................................................ 19 6.3. Porovnání muţů a ţen ................................................................................................................ 20 6.4. Podrobnější statistiky ................................................................................................................. 20 6.4.1. Ţeny ..................................................................................................................................... 20 6.4.2. Muţi..................................................................................................................................... 21 6.4.3. Sportovci ............................................................................................................................. 21 6.4.4. Nesportovci ......................................................................................................................... 22 6.5. Shrnutí výsledků měření ............................................................................................................. 23 Závěr...................................................................................................................................................... 24 Závěr...................................................................................................................................................... 25
Úvod Tématem naší práce je hlavní orgán pohybové soustavy člověka a jiných obratlovců – Svaly. Kromě toho, ţe nám svaly zajišťují pohyb, odpovídají také za náš vnější vzhled. Jsou v neustálém pohybu, ať uţ jsou vůlí ovladatelné nebo ne, reagují na kaţdičký impuls nebo změnu našeho emocionálního stavu. Tvoří naší mimiku, regulují ladnost a zbrklost naších pohybů, ochabují, narůstají, zkracují se nebo se protahují. Jedna z mála podpovrchových soustav našeho organismu, se kterou můţeme téměř neomezeně pracovat. Je to obrys našeho těla, křivky a linie, které ho tvarují. Je čistě na nás, jak se svými svaly budeme pracovat. Jestli je necháme zdegenerovat, nebo průběţně posilovat. Závěrečná práce se skládá ze dvou částí, které byly vypracovány pod vedením PaedDr. Ludmily Pipkové a Mgr. Lucie Klimkové. První část je teoretická, kde jsme se zaměřili především na histologii svalové tkáně. K tomu jsme si našli a pouţili nejlepší zdroj, a to knihu Základy histologie, ze které se učí i medici na lékařských fakultách. Představujeme základní poznatky o sloţení, funkcích a rozdělení svalové tkáně savců, především tedy člověka. Dále se snaţíme vysvětlit stěţejní pochody probíhající ve svalové tkáni, jako je mechanismus kontrakce, tedy co dává podnět svalu k tomu, aby se pohnul a jak samotný stah probíhá. Neopomenutelnou sloţkou je dále řízení svalů a jejich metabolismus, látkové pochody a výţiva. Ve druhé, praktické části pracujeme s grafy, abychom obrazově předvedly výsledky našeho měření. Porovnáváme výkon pomocí tří nenáročných cviků (leh-sedy, dřepy, kliky) po dobu třiceti sekund u ţen, muţů, sportovců i nesportovců.
5
Teoretická část 1. Funkce svalu Sval (musculus) neboli svalovina je orgán pohybové soustavy ţivočichů. Je tvořen svalovou tkání, jejíţ elementy jsou převáţně mezenchymového původu. Věda zkoumající svaly se nazývá myologie. Hlavní schopností a funkcí svalů je přeměna chemické energie ţivin v energii kinetickou a teplo. S tím souvisí i základní vlastnost svalu – schopnost se stahovat, takzvaně kontrahovat. Kontrakce svalu je zdrojem pro veškerý svalový pohyb a probíhá jen za určitých podmínek. K vyvolání kontrakce dochází díky zvláštní diferenciaci buněk svalové tkáně, které obsahují proteiny biologicky uzpůsobené k vyvolávání sil potřebných k buněčným stahům. Jejich diferenciace se projevuje především postupným prodluţováním buněčného těla. Svalovou tkáň savců na základě morfologických a funkčních rysů rozdělujeme do tří skupin, z nichţ kaţdá má vlastní fyziologickou roli: kosterní svalstvo, hladké svalstvo a svalstvo srdeční.
2. Typy svalů a jejich stavba
2.1. Hladká svalovina Stavební jednotkou hladké svaloviny jsou protáhlé vřetenovité buňky, které nejsou příčně pruhovány. Nejsilnější jsou ve středu, kde se nachází jejich jádro a směrem ke koncům se úţí. Společně tyto buňky tvoří syncytium (soubuní) nebo jsou umístěny zvlášť a regulují jemnější pohyby (duhovka). (Obr. 1 Jádro a vlákno mikroskopicky)
Hladké svalstvo tvoří asi jen 3 % tělesné hmotnosti, není vůlí ovladatelné a je méně unavitelné. Aktivita hladkého svalu můţe být vyvolána nervově, zejména vegetativní (autonomní) inervací, dále můţe být vyvolána hormony nebo také reakcí
na
mechanické
podněty,
například
protaţení svalů u krevních cév můţe vyvolat 6
depolarizaci a zvýšit tonus (svalové napětí). A v neposlední řadě je hladké svalstvo charakteristické také svojí autonomní aktivitou. Příkladem aktivity hladké svaloviny je peristaltika trávicí trubice, stahy dělohy, regulace krevního oběhu nebo vzpřimování chlupů. Kontrakce hladké svaloviny je podmíněná strukturou a organizací aktinových a myosinových filament, která tvoří, na rozdíl od svalů příčně pruhovaných, mříţovitou strukturu. Rozsah překrývání filament je tímto daleko větší a umoţňuje vyšší stupeň kontrakce.
2.2. Příčně pruhovaná svalovina (kosterní svalstvo) Kosterní sval je tvořen svazky mnohojaderných cylindrických buněk dlouhých aţ 40 cm, které se nazývají svalová vlákna (myofibrily) a jsou základní stavební jednotkou. Mezi myofibrilami jsou rozloţeny mitochondrie, ve kterých dochází k aerobnímu spalování ţivin a uvolnění energie v podobě ATP, a glykogen – zásobní polysacharid ţivočichů. Vlákna se spojují řídkým vazivem do snopečků, které se spojují do snopců a ty tvoří svalové bříško. Na povrchu svalu je tenká vazivová povázka – fascie. Na obou koncích většinou sval přechází ve šlachy (kromě například jazyka nebo víčka), které se upínají na kost, odtud název kosterní svaly. Příčně pruhované svaly jsou inervovány periferním nervstvem a impulsy jsou vysílány z mozkové kůry k opačné straně těla. Jsou vůlí ovladatelné a snadno unavitelné. Svalová únava funguje jako ochranný mechanismus organismu a předchází úplnému vyčerpání energetických rezerv a moţnému poškození organismu. Při namáhavé a dlouhotrvající práci můţe dojít k vyčerpání zdrojů energie a tedy poklesu mnoţství ATP, potřebnému ke svalové kontrakci. Dále můţe únava nastat při nedostatku přísunu kyslíku a následnému útlumu mozkové kůry, pokud svaly pracují po určitou dobu anaerobně, tedy za nedostatku kyslíku, svaly spotřebovávají ATP získané z anaerobního odbourávání glukózy kvašením, při kterém jako metabolický produkt běţně vzniká kyselina mléčná. Ta překyselí svalovou tkáň, a pokud se nestíhá odvádět ze svalů, vznikají z ní krystalky a způsobují únavu, bolest aţ křeče.
2.2.1. Složení kosterního svalu Základní buňkou kosterního svalstva je svalové vlákno, které vzniklo splynutím mnohojaderných myoblastů (kmenových buněk svalové tkáně). Jsou to protáhlé buňky charakteristické svým příčným pruhováním, díky kombinaci tenkých aktinových a tlustých myosinových filament, které umoţňují svalový stah. Stah kosterní svaloviny je rychlý, energický a vůlí ovladatelný, je řízený z centrální nervové soustavy (CNS). Kaţdé svalové vlákno (=buňka) je obklopeno přeměněnou polopropustnou cytoplazmatickou membránou, takzvanou sarkolemou. Cytoplazma se u svalových buněk nazývá sarkoplazma a hladké endoplazmatické retikulum se modifikovalo na sarkoplazmatické retikulum (SR), síť cisteren slouţící jako zásobárna kalciových iontů, potřebných při svalové kontrakci. 7
Invaginace sarkolemy vytváří systém transverzálních tubulů, které jako vychlípeniny zasahují příčně do buňky a ohraničují jednotlivou základní kontraktilní jednotku svalu – sarkomem (viz Obr. 2). Příčná pruhovanost kosterního svalstva je způsobena střídáním světlých a tmavých prouţků. Tmavší pruhy jsou tvořeny především bílkovinou myosinem a nazývají se A. Ty světlejší jsou tvořeny aktinem a nazývají se I. Kaţdá sarkomera (podélný úsek svalového vlákna) je oddělena liniemi Z a obsahuje dva I-prouţky na krajích a A-pruh uprostřed. Právě tyto prouţky způsobují pruhovaný vzhled svalu. Aktin tvoří takzvaná tenká filamenta, která jsou kolmo připojena na linii Z. Tato dvoušroubovice sestává z řetězců monomerů (G-aktinu), z nichţ kaţdý nese vazebné místo pro myosinovou hlavičku. Myosin je mnohem komplexnější. Je tvořen dvěma těţkými a čtyřmi (dvěma páry) řetězci lehkými. Konce těţkých spletených řetězců vytvářejí vyčnívající hlavičky, na kterých se nachází vazebné místo pro ATP, které jsou schopny enzymaticky hydrolyzovat a zároveň místo pro navázání aktinu. Kromě aktinu a myosinu, které tvoří 55% kosterního svalstva, je přítomen ve svalech také tropomyosin, tenká protáhlá molekula,
(Obr. 2) Nákres tropomysinu a troponinu
která se táhne a obtáčí podél aktinového filamenta a přesahuje přesně 7 molekul G-aktinu. V klidovém stavu překrývá vazebná místa aktinových monomerů, čímţ brání navázání myosinu. S kaţdou molekulou tropomyosinu se spojuje další bílkovina tvořící komplex tří podjednotek – troponin. Tyto tři podjednotky jsou: TnT, která je pevně spojena s tropomyosinem, TnC váţící ionty kalcia a TnI omezující interakci mezi aktinem a myosinem.
(Obr. 3) Podrobný nákres svalu
8
3. Sval srdce (Myocardium) Buňky srdeční svaloviny jsou stejně příčně pruhované jako buňky kosterního svalstva. Rozdíl je v počtu jejich jader. Srdeční buňky nejsou mnohojaderné, ve středu obsahují pouze jedno či dvě bledá jádra. Obal buněk tvoří jemné endomysiální vazivo s kapilárami. Obvykle dorůstají délky 85 aţ 100 mikrometrů a nejsou ovladatelné vůlí. Mezi svalovinou síní a komor není přílišný rozdíl. Dalším odlišnost srdcového svalu tkví v tom, ţe srdeční buňky vytváří sloţitá spojení pomocí výběţků. Kaţdá buňka v řetězci vytváří zpravidla dva či více výběţky, kterými se napojuje na sousední řetězce, a tím vznikají můstky. Díky tomu je srdce tvořeno hustými buněčnými svazky (kardiomyocyty), které jsou uspořádány tak, ţe vytváří kontrakční vlnu. Důleţitou součást systoly (staţení) komory srdce. Nejdůleţitějším atributem srdečního svalstva jsou interkalární disky. Najdeme je na rozhraní mezi jednotlivými buňkami. Fungují jako „tmel“ při spojování buněk. Tato spojení se však mohou lišit svou strukturou, buď nabývají přímé linie, nebo schodovité. Schodovité spojení se dělí na další části, první z nich se nazývá transverzální, která tvoří v řetězci pravé úhly. Druhá část je laterální, rovnoběţná s myofilamenty (filamenty aktina a myosinu). Kaţdý
disk
je
spojen
třemi
různými způsoby: A.
(svalová
Fascia
adhaerens,
nápadná
transverzální
části,
která
povázka) struktura slouţí
k ukotvení filamentů aktinu na konci sarkomer a tvoří tím tzv. hemi - Z linii. B. Maculae adhaerentes neboli dezmosomy se vyskytují na příčných úsecích disku a drţí srdeční buňky pospolu, aby nedošlo k jejich protrţení při neustálých kontrakcích. (Obr. 4) Nákres hemi – Z- linie
C. Nexy nalezneme v podélných úsecích, kde je svalová tkáň nejméně namáhána. Iontově spojují buňky, aby mohlo docházet k plynulým kontrakcím ve vlnách od buňky k buňce. Kontraktilní proteinu fungují v podstatě stejně, jako je tomu u kosterního svalstva. Naproti tomu T-tubuly v komorách jsou početnější a větší, nachází se spíše na Z-liniích. Myofibriální svazky jsou nezřetelné kvůli nevyvinutému sarkoplazmatickému retikulu. Obvykle v srdečním svalu nacházíme diády tvořené jedním T-tubulem a cisternou sarkoplazmatického retikula.
9
Pro buňky srdeční svaloviny jsou typické i četné mitochondrie, které zaujímají aţ 40% cytoplazmy. Hlavním palivem pro činnost myokardu jsou mastné kyseliny. Ty jsou dopravovány lipoproteiny a ukládány jako triacylglycerol v tukových kapénkách. V malém mnoţství se vyskytuje i glykogen, který je odbouráván jako glukóza při stresových situacích.
(Obr. 5) Morfologie srdečního svalu
10
4. Kontrakce svalu Při kontrakci a relaxaci svalového vlákna se uplatňují dva mechanismy: mechanismus spřaţení a mechanismus posuvu myofilamentů:
4.1. Mechanismus spřažení excitace – kontrakce – relaxace 4.1.1. Iniciační (excitační) fáze Primárním podnětem pro svalovou kontrakci je akční potenciál. Impuls z CNS se dostane přes neurit, který se můţe na konci mnohonásobně větvit a inervovat tak aţ 160 svalových vláken. Místo, kde dochází ke spojení nervového a svalového vlákna, se nazývá nervosvalová neboli motorická ploténka. Akční potenciál uvolní na ploténce mediátor – acetylcholin a indukují místní ploténkový potenciál. Acetylcholin se začne vázat na receptory v místech záhybů svalové membrány – sarkolemy a způsobí propustnost natriového kanálu. Sodíkové ionty se přečerpají do neuritu a dojde k depolarizaci sarkolemy. Sarkolemou se depolarizace šíří do T-tubulů k místu triády, kde dochází ke kontaktu a depolarizaci membrány sarkoplazmatického retikula. Z cisteren SR se přes proteinový kanál začnou uvolňovat kalciové ionty do sarkoplazmy. Tam se začnou vázat na troponinovou podjednotku TnC a umoţní tím vznik akto-myosinových můstků. Po spojení, se na myosinovou hlavičku váţe molekula ATP. V klidovém stavu probíhá hydrolýza ATP velmi pomalu a k jejímu urychlení potřebuje myosin kofaktor, kterým je aktin.
4.1.2. Kontraktilní fáze V relaxovaném stavu se aktin s myosinem nemůţou spojovat, protoţe jim v tom brání přítomnost troponinu – tropomyosinový komplex. Pokud je ale dostatečné mnoţství kalciových iontů, které se naváţí na TnC, mizí inhibiční účinek TnI. Prostorová konfigurace troponin– tropomyosinového komplexu se změní a odkryjí se vazebná místa pro hlavičky myosinu. Myosin se můţe navázat na G-aktin a vznikají mezi nimi akto-myosinové můstky. Na obnovení původní konfigurace myosinu je potřeba navázání molekuly ATP. Následně dojde k uvolnění akto-myosinové vazby, a k hydrolýze ATP, přičemţ ADP a anorganický fosfát zůstávájí navázané na myosinové hlavičce, která se vrací do původní polohy a je tak připravená na další vazbu potřebnou k dalšímu posunu tenkého filamenta. Opět se naváţe na volné vazebné místo na
11
aktinu, uvolní ADP s fosfátem do sarkoplasmy a naváţe další ATP, aby se mohla opět narovnat. ATP se tedy spotřebuje při relaxaci, nikoliv při kontrakci. Svojí aktivitou podobnou veslování posouvají myosinové hlavičky aktinovou šroubovici co nejhlouběji aţ do úplného maxima, tedy úplného překrytí filament a zkrácení sarkomem.
(Obr. 6) Průběh kontraktilní fáze
4.1.3. Relaxační fáze Jakmile začne klesat koncentrace kalciových iontů, dojde k relaxaci. Kalciové ionty putují zpět do SR, troponin-tropomyosinový komplex překryje vazebná místa na molekulách aktinu a sarkomera se prodlouţí do původní polohy. Kalciové kanály se uzavřou a SR se repolarizuje. Pokud se ale ATP netvoří a sval je v kontrakci, nemohou být uvolněny kalciové ionty, a proto dochází k extrémní svalové ztuhlosti po smrti – rigor mortis.
4.2. Mechanismus posuvu myofilamentů Mechanismus posuvu svalových vláken funguje na vysvětleném principu aktivity myosinových hlaviček. V relaxovaném stavu jsou vzhledem k aktinovému vláknu orientovány kolmo. Při kontrakci dochází k jejich záhybu pod úhlem 45º a přitom sebou táhnou tenké filamentum aktina,
12
které se tímto posouvá směrem do středu sarkomery, která se zkracuje. Staţený sval se můţe zkrátit aţ o třetinu.
4.3. Druhy svalové kontrakce
4.3.1. Izometrická kontrakce Pojem svalový stah se často zaměňuje s pojmem svalová činnost. Izometrická kontrakce je činnost svalu, při které se nevykonává pohyb. Délka svalu, tedy vzdálenost začátků od úponů svalu, se nemění. Mění se pouze svalové napětí neboli svalový tonus. Příkladem takovéto kontrakce můţe být vzpor a cviky na výdrţ.
(Obr. 7) Izometrická kontrakce
13
4.3.2. Dynamická kontrakce Také označována jako Izotonická. Při této svalové činnosti dochází ke změně vzdálenosti začátků úponu, přičemţ se svalové napětí mění jen nevýrazně. Podle toho jestli se délka svalu zkracuje nebo prodluţuje, rozeznáváme kontrakci koncentrickou a excentrickou. Koncentrická kontrakce způsobuje zkrácení svalu a vyvolává zrychlení pohybu, takzvanou akceleraci. Kosterní svaly se mohou zkrátit aţ o 30 i 70 %. Síla, vyvinutá při koncentrickém svalovém stahu, bude vţdy menší neţ síla, která je vyvinuta při kontrakci izometrické, kdy se svalová délka nemění. Čím menší je odpor, proti kterému svaly pracují, tím rychlejší je stah. Maximální rychlosti kontrakce dosahuje tehdy, kdyţ se odpor blíţí k nule.
(Obr. 8) Graf síla / rychlost zkrácení
Při excentrické kontrakci se sval protahuje za pomoci jiného svalu, který ho prakticky natahuje, antagonisty nebo nějaké vnější síly. Při excentrickém stahu daný sval nekoná ţádnou práci, zatímco se natahuje, do svalu se absorbuje energie, která můţe být potom vyuţita ke zkrácení. Čím větší zátěţi se sval vystavuje, tím rychleji se prodluţuje. Růst napětí svalu je přímo úměrný rychlosti prodlouţení svalu. Příkladem vzniku obou kontrakcí jsou například cviky s činkami nebo posilování s vlastní váhou, při kterých dochází ke zkracování jednoho svalu a tím prodluţování jiného a zase naopak.
14
(Obr. 9) Porovnání svalových činností
5. Látková a energetická přeměna Jelikoţ základním účelem svalů je vykonávání mechanické práce pomocí přeměny energie získané oxidací ţivin na energii kinetickou, musí mít svalové buňky dostatečnou zásobu energie uloţené ve vazbách organických sloučenin. Jako zdroj energie svalům slouţí zejména ATP, glukóza, glykogen, mastné kyseliny, případně aminokyseliny při nedostatku ostatních ţivin. Zásoba ATP ve svalových buňkách stačí zhruba na 1-2 vteřiny trvající kontrakce, avšak buňky obsahují také kreatinfosfát, kterého mají asi 5x více neţ ATP a vystačí na 7-8s kontrakce. Po vyčerpání zásob se vytváří nové ATP z glukózy, která je buď dopravena krví, nebo odštěpena z glykogenu. (Obr. 10) Glykogen
ATP vzniká hlavně během buněčného dýchání, coţ je soubor biochemických reakcí, skládající se ze tří částí: aerobní/anaerobní glykolýza, Krebsův cyklus a oxidativní fosforylace. Další zdroj energie pro svaly, mastné kyseliny se uplatňuje především v klidovém stavu a při relaxaci svalu. Štěpí se při β-oxidaci a potřebují více kyslíku neţ sacharidy, ale tvoří více molekul ATP (129). Energii z mastných kyselin vyuţívají hlavně vytrvalostní běţci. Z morfologického hlediska se dají svalová rozdělit na tři skupiny: červené, bílé a smíšené. Červená vlákna obsahují mnoho červeného pigmentu: myoglobin a mitochondriální cytochromy. Jejich kontrakce je pomalejší neţ u bílých vláken, ale vydrţí déle a je silnější. Mají hodně
15
mitochondrií a energii získávají především z oxidativní fosforylace. U člověka se vyskytují ve svalech zádových, kde je potřeba dlouhodobá, pomalejší kontrakce. Bílá vlákna mají méně barviv a mitochondrií neţ červená, jsou však tlustší. Stahují se velmi rychle, ale nejsou schopna dlouhotrvající a silné kontrakce. Vyskytují se např. v okohybných svalech. Smíšená vlákna jsou přechodem mezi vlákny červenými a bílými. Kosterní svaly se většinou skládají ze všech tří typů v různém poměru.
5.1. Katabolismus Katabolismus znamená odbourávání energeticky bohatých látek na jednodušší organické resp. anorganické látky za postupného uvolňování energie, jsou to tedy děje exergonické a probíhají většinou v mitochondriích. Velká část katabolických reakcí je nevratná. Ze všech ţivin postupnou přeměnou vzniká acetyl-koenzym A. Ten poté vstupuje do citrátového cyklu, na který navazuje oxidativní fosforylace. Například glykolýza se skládá z deseti reakcí a můţe probíhat dvěma způsoby: aerobně a anaerobně. Při aerobním štěpení z jedné molekuly glukózy v organismu vzniká 38 molekul ATP. To se dá vyjádřit Gibbsovou energií jako G=2870 kJ.mol-1. Zatímco anaerobně vznikají pouze 2 molekuly ATP (G=196 kJ.mol-1) a také laktát, který způsobuje pálení svalů. Anaerobní glykolýza má však také výhody: můţe probíhat i při nedostatku kyslíku a její průběh je 2x rychlejší. Kosterní sval je schopen degradovat větvené aminokyseliny BCAA (Val, Leu, Ile), uhlíkaté kostry těchto AA jsou vyuţity v energetickém metabolismu. (CKC) a –NH2 skupiny slouţí pro syntézu Ala, Glu a Gln.
5.2. Anabolismus Anabolismus označuje biosyntetické reakce, při kterých se z jednoduchých sloučenin získaných trávením vytváří sloţitější molekuly, jeţ jsou tělu vlastní. Anabolické děje jsou endergonické, tedy spotřebovávají energii. Většina jich probíhá v cytoplazmě. Anabolické reakce nikdy nemohou být přesným opakem katabolických, protoţe mnoho z nich jsou nevratné. Základním sacharidem, nezbytným pro fungování svalů je glukóza. V těle můţe vznikat zglycerolu, pyruvátu, laktátu, oxalacetátu či aminokyselin. Glukoneogeneze vyuţívá některé reakce glykolýzy v opačném směru, ale v místě nevratných reakcí nelze jednoduše obrátit směr. V těchto místech musí jít glukoneogeneze oklikou. Jde hlavně o vznik fosfoenolpyruvátu (PEP) z pyruvátu. Kreatin je syntetizován z Gly, Arg a SAM v ledvinách a játrech, přesouvá sekrví do svalu, kde probíhá fosforylace (PCr). Kreatinfosfát je makroergní sloučenina, buď se energie získá štěpením jejích vazeb nebo se fosfát přenese na ADP za obnovy ATP.
16
(Obr. 11) Reakce citrátového cyklu
17
Praktická část 6. Experimentální měření fyzického výkonu V praktické části naší práce jsme se pokusili experimentálně změřit zdatnost a fyzický výkon lidského těla. Celkem jsme oslovili čtyřicet osob ve věku od patnácti do pětadvaceti let a to tak, abychom získali stejný vzorek sportovců, nesportovců, muţů a ţen. Tyto čtyři skupiny jsme podrobili zátěţovému testu sestaveného ze tří nejběţnějších cviků – dřepů, leh-sedů, kliků. Kaţdému jednotlivci jsme na daný cvik stanovili limit třiceti sekund a následně jsme sledovali, kolik cviků zvládne za tuto krátkou dobu udělat. Ze všech získaných hodnot jsme spočítali aritmetické průměry, s nimiţ jsme nadále statisticky pracovali. Cílem našeho měření bylo porovnat jednotlivé skupiny mezi sebou. Především pak muţe s ţenami a sportovce s nesportovci.
6.1. Zapojené svalstvo Dřepy Leh-sedy Kliky
Quadricepsy, hýţďové svaly, hamstringy, lýtka, břišní svaly Břišní svaly Hrudník, ramena, tricepsy, bicepsy
6.2. Postupy cvičení 6.2.1. Dřepy Při cvičení dřepů se postavíme tak, abychom měli chodidla zhruba v šíři ramen. Ruce zaloţíme v bok, pomalu pokrčíme kolena a sníţíme se. Nijak se nepředkláníme, snaţíme se mít rovná záda. Váhu udrţujeme na patách, špičky naopak odlehčujeme. Jestliţe se nám paty zdvihají od země, necvičíme správně a je třeba zapracovat na lýtkových svalech, které jsou patrně zkrácené. Při cvičení dřepu by nám měla kolena stále směřovat dopředu. Jakékoliv vytáčení do stran je neţádoucí. V okamţiku zvedání pak zapojujeme hýţďové svaly.
18
6.2.2. Leh-sedy Poloţíme se na záda, pokrčíme nohy v kolenou a ruce si zaloţíme za hlavu. Lokty vytočíme do stran, vystrčíme bradu. Zhluboka se nadechneme a s výdechem se zdvihneme ke kolenům. Záda při zdvihu zakulatíme. Do původní pozice se vracíme s nádechem. Při cvičení je důleţité udrţet pánev i chodidla na zemi. Cvik provádíme pomalu, nikdy ne švihem.
6.2.3. Kliky Nejprve zaujmeme pozici vzpor leţmo, kdy nám prsty směřují dopředu. Zpevníme celé tělo a snaţíme se ho udrţet v jedné rovině. Jakékoliv prohýbání je chybné. Následně pokrčíme ruce v loktech a spouštíme tělo dolů. V momentě, kdy se náš hrudník nachází jen kousek nad podloţkou, pohyb zastavíme a začneme se opět zdvihat zpět do výchozí pozice (s nataţenými paţemi). Ani nyní tělo nijak neprohýbáme.
6.3. Porovnání sportovců a nesportovců Na začátku našeho měření jsme předpokládali, ţe sportovci budou mít obecně vyšší výkonnost neţ nesportovci. Jak můţeme pozorovat z grafu níţe, který ukazuje výsledné průměrné hodnoty sportovců a nesportovců bez ohledu na pohlaví, tento předpoklad se nám jednoznačně potvrdil.
Sportovci
Nesportovci
31,1 28,9
28,3 23,3 16,3
Dřepy
Lehsedy
19
16,9
Kliky
6.4. Porovnání mužů a žen Následující graf zobrazuje porovnání muţů a ţen bez ohledu na to, zdali sportují či nikoliv. Před provedením měření jsme se domnívali, ţe muţi dosáhnou vyšších hodnot neţ ţeny jak při cvičení dřepů, tak i leh-sedů a kliků. Náš předpoklad se nám ovšem potvrdil jen z části. Z číselných hodnot v grafu můţeme vyčíst, ţe ve dřepech předčili muţi ţeny jen nepatrně (o čtyři desetiny cviku). Ve cvičení leh-sedů pak dokonce byli muţi poraţeni ţenami (o šest desetin cviku). Tento jev by mohl svědčit o tom, ţe ţeny si zakládají na břišním svalstvu více neţ muţi. Při cvičení kliků ovšem muţi jednoznačně zvítězili. Průměrně totiţ zvládli v časovém limitu udělat o celé tři kliky více.
Muţi 27,4
Ţeny
27,0 24,4 22,4
21,8
Dřepy
Lehsedy
21,4
Kliky
6.5. Podrobnější statistiky 6.5.1. Ženy Zde můţeme pozorovat velké rozdíly mezi ţenami sportovkyněmi a ţenami, které téměř nesportují. Rozdílnosti hodnot vysvětlujeme tak, ţe jsme v našem měření oslovily hned několik vrcholných sportovkyň. Největší propad mezi oběma skupinami vnímáme u kliků, kde průměrně předčila sportovkyně nesportovkyni téměř o čtrnáct kliků, jasně to vypovídá o náročnosti tohoto cviku.
20
Sportovci
Nesportovci
30,8 28,4
27,5 23,3 17,3
14,5
Dřepy
Lehsedy
Kliky
6.5.2. Muži Podobně jako u předchozího grafu, v němţ jsme se věnovali ţenám, i u muţů vnímáme obrovské rozdíly mezi sportovci a nesportovci. Tentokrát je ovšem největší propad patrný u lehsedů (celkový rozdíl třinácti cviků).
Sportovci
Nesportovci
31,4
29,5
28,3 23,4
19,3 15,3
Dřepy
Lehsedy
Kliky
6.5.3. Sportovci Následující graf se věnuje porovnání mezi muţi a ţenami, kteří sportují. Jak vidíme, zde rozdílnost mezi pohlavími činí průměrně pouze jeden cvik a to u všech cvičených cviků. Nejniţších hodnot dosahují tito trénovaní lidé překvapivě u leh-sedů.
21
Muţi
Ţeny
31,4 30,8 29,5 28,4
28,3 27,5
Dřepy
Lehsedy
Kliky
6.5.4. Nesportovci Graf porovnávající muţe a ţeny nesportovce vypovídá o minimální rozdílnosti v počtu vykonaných dřepů. Ze získaných hodnot tak vyplývá, ţe pohlaví u osob s obdobnou fyzickou zdatností nemá na tento cvik takřka ţádný vliv. Patrnější rozdíly se objevují u sloţitějších leh-sedů a kliků, přičemţ ve cvičení leh-sedů vedou v kategorii nesportovců ţeny (o dva cviky) a ve cvičení kliků muţi (o necelých pět cviků). Muţi 23,4
Ţeny
23,3 19,3 17,3 15,3
Dřepy
14,5
Lehsedy
22
Kliky
6.6. Shrnutí výsledků měření Z našeho měření jednoznačně vyplývá, ţe sportovci jsou podstatně zdatnější neţ nesportovci. Porovnání mezi muţi a ţenami se prokázalo jako komplexně neprůkazné. Z porovnání jednotlivých cviků ovšem vyplývá, ţe obě pohlaví jsou schopna udělat za stejný čas takřka stejný počet dřepů. Dále jsme zjistili, ţe ţenám činí menší problémy leh-sedy neţ muţům a ţe muţi jsou skutečně výkonnější, co se cvičení kliků týče. Právě u kliků jsme však naměřili aţ nepřiměřeně vysoká čísla. Zvláště u nesportovců. To si vysvětlujeme tím, ţe osoby, které jsme oslovili, kliky cvičily nesprávně. Získané hodnoty tak nemůţeme povaţovat za validní. Na úplný závěr praktické části našeho projektu pak přikládáme tabulku průměrných hodnot, které udávají, kolik cviků provedou muţi, ţeny, sportovci a nesportovci za třicet sekund. Dřepy
Leh-sedy
Kliky
ŽENY
27,0
22,4
21,4
MUŽI
27,4
21,8
24,4
SPORTOVCI
31,1
27,9
28,9
NESPORTOVCI
23,3
16,3
16,9
Kategorie
23
Závěr Smyslem a účelem naší práce nebylo ani tak zdaleka něco vyzkoumat nebo potvrdit, nýbrţ seznámit čtenáře s danou látkou a její problematikou. Odbornosti tohoto textu by se měl pohybovat někde na úrovni člověka jiţ částečně znalého. Je určen pro čtenáře, který se zajímá a má nějaké základní znalosti z biologie, které chce rozšiřovat. Text není dokonale podrobný a obsahuje poměrně velké mnoţství terminologie. V případě biochemie je takový postup ale nezbytný. Kaţdá látka má svůj speciální název, stejně tak jako její aktivita. Z vlastní zkušenosti doporučujeme při čtení pracovat s obrázky v textu pro větší přehlednost a lepší pochopení tématu. Pokud je teoretická část této práce v něčem přínosná tak určitě v tom, ţe umoţňuje člověku lépe poznat sama sebe. Nestačí své svaly rozvíjet jenom fyzicky a pracovat na jejich vnější podobě. Je důleţité je pochopit i zevnitř, jak fungují, jak rostou, jak se unaví a jak je můţeme lépe vyţivovat. Tím rozšíříme nejen své znalosti, ale pomůţeme i tělu. To vše jste se mohli dočíst v poměrně podrobné, ale zároveň pochopitelné formě. Doufáme, ţe se Vám získané informace budou hodit nebo aspoň trochu pomohou proniknout do problematiky svalů. V praktické části jsme se Vám snaţili naznačit rozdíly ve výkonech lidí rozdělených podle sportovní zdatnosti a zároveň poukázat na výkonnost podle pohlaví. Jak jsme jiţ uvedli, ne všechna měření měla stejný výsledek, jaký jsme očekávali. Skupiny často dosahovaly maxima jen u určitých cviků, je tedy jasně vidět, ţe různá pohlaví mají tendenci více pracovat na jiných částech těla (ţeny se zaměřují na břišní a hýţďové svaly, muţi spíše na svaly horní části těla).
24
Zdroje
Literatura
JUNQUEIRA, L. Carlos, CARNEIRO, José, KELLEY, Robert O. Základy histologie (7. vydání). 1. Vydání. Jinočany: H&H, 1997. 471 s. ISBN: 80 – 85787 – 37 – 7. Kapitola 10: Tkáň svalová
Obrázky (Obr. 1) http://classconnection.s3.amazonaws.com/212/flashcards/852412/jpg/smooth01muscle.jpg (Obr. 2) http://www.tehnologijahrane.com/tehologijamesa/meso-kao-sirovina-u-proizvodnji-kobasica (Obr. 3) http://www.latinsky.estranky.cz/img/original/334/sval-stavba.jpg (Obr. 4) JUNQUEIRA, L. Carlos, et al. Základy histologie (7. vydání). Jinočany: H&H, 1997. 198 s. (Obr. 5) http://4.bp.blogspot.com/JXT5kiQWc4/Tgr3elu2QI/AAAAAAAAAIA/mekAtumXLio/s1600/morpho logy%2Bcardiac%2Bmuscle.jpg (Obr. 6) http://www.studyblue.com/notes/note/n/chapter-47-muscle-contraction-skeletal-muscle-ofvertebrates/deck/5637369 (Obr. 7) http://cnx.org/content/m48501/latest/ (Obr. 8) http://is.muni.cz/do/1451/e-learning/kineziologie/elportal/pages/druhy_svalove_kontrakce.html (Obr. 9) http://is.muni.cz/do/1451/e-learning/kineziologie/elportal/pages/druhy_svalove_kontrakce.html (Obr. 10) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/Glycogen_structure.svg (Obr. 11) http://www.wikiskripta.eu/index.php/Soubor:Citr%C3%A1tov%C3%BD_cyklus.jpg
25
