Buněk je celá řada typů: Ty mozkové, tukové a další poznáme snadno. U svalových ale tak snadno nepoznáme, o jaký její typ se jedná.

My lidé po zemi běháme už téměř tři miliony let. Již od samého počátku rodu byl pro naše praprapra... naprosto přirozenou součástí pohybu běh. Když se to tak vezme, tak většinu času jsme vlastně byli hrdě vzpřímení a teprve až poslední doba nás hrbí. Evoluce nás tak rychle předělat neumí, a tak nás trápí celá řada neduhů.

Až speciální barvení řezu lýtkovým svalem ukáže, že je tvořen třemi typy svalových vláken: pomalými oxidativními (modře), rychlými oxidativními (zeleně) a rychlými glykolytickými (červeně). Běžcům maratonů se tvrdým tréningem posouvá zastoupení ve prospěch těch oxidativních. (Kredit: Salk Institute/Waitt Center).

Postupně nám začíná docházet, jak je vlastně takový běh pro naše zdraví prospěšný. Snaha to napravit ale naráží na nové náboženství. To má jen jedno přikázání - „čas jsou peníze“ a protože jich není nikdy dost, sportování jde stranou. Výsledkem je, že polovina z nás je obézních. Některé prameny uvádějí, že dokonce 60 - 65 %. A jak tak začíná jít o většinu, pojmy obézní, otylý a obtloustlý nahrazujeme společensky korektním „body-mass s indexem vyšším než 30“. Čím vyšší BMI, tím hůře se nám běhá. A když se k běhu přece jen vybičujeme, hmotnost nám tak akorát zbortí klenbu, přivodí artrózu kloubů,...  

Objev účinné látky sildenafil, přinesl druhou vlnu sexuální revoluce. Tou první byly antikoncepční pilulky.

Začít běh zanedbávat už na samém počátku nabírání „faldů“ není dobré, je to nejpřirozenější spalovač přebytku uložených tukových zásob. Jsou ale k němu potřeba svaly. S muskulaturou to je jako se vším, když se nepoužívá, zakrní. Svalové buňky se od těch mozkových moc neliší. Stejně jako neurony, také prakticky nejdou obnovit. Zatím jsme se v našich článcích o svalech a potřebou je zaměstnávat zabývali vždy jen mladými, zdravými a krásnými. Jenže společnost jsou také nemocní, třeba muskulární dystrofií a také senioři. Ve výsledku je vlastně jedno, zda nás o sílu připraví nemoc, úraz, stáří, lenost, či něco jiného. Svalová nemohoucnost, chuti do života nepřidá a sestřičky v nemocnicích a pečovatelky v domovech pro seniory, by o „ležácích“, kterým hlava funguje, mohly vyprávět.

Nynější objev substance GW má také šanci udělat revoluci. Ta by nejspíš vešla ve známost jako „pasivní sportování“, a nebo „pilulka imaginární diety“.

Ve městě La Jolla v Kalifornii je Salkův ústav. Je to gigant na biologický výzkum. Záležitostmi svalů se tam zabývá parta Ronalda Evanse. Podle jeho slov: „Bohužel většinou v sedě“. To, co ale nyní spolu se svými kolegy ze Švýcarského federálního technologického institutu v Lausanne a  University v Sydney zveřejnili v květnovém čísle časopisu Cell Metabolism, se týká PPAR (peroxisome proliferator-activated receptor). Ani v češtině to nezní dobře:  PPAR – receptory aktivované proliferátory peroxizomù.

Podle vyjádření Weiwei Fan, první autorky článku, farmaceutické firmy již zavětřily a hodlají přikročit ke klinickým zkouškám preparátu na lidech. (Kredit: SALK)

Tady už nejspíš budete chtít další čtení vzdát, ale byla by to chyba. Výsledky jejich pokusu vás nenechají chladnými. Některé nadšením, jiné z pohoršení. Abyste patřili k té první skupině, bude potřeba si o tom říci trošku víc, než jen jak se o tom většinou dočteme, že: „Vědci přišli na nový typ dopingu“ a nebo: „Konec sportu, nahradí ho pilulky“.

Ronald M. Evans, klíčový hráč týmu (na snímku uprostřed své party SALK institutu). Funkci látky GW na receptory PPAR popsal slovy: „Ovlivňuje všechny významné metabolické dráhy, které se snaží ve svalech metabolizovat glukózu. To dovoluje i při svalovém vypětí zajistit dodávky paliva tolik potřebného pro mozek a zachovat tak jeho funkce mnohem déle.“ (Kredit: SALK)

I když se všude hovoří o prášcích, podstatou je práce genů. V tomto případě ani nijak nezměněných (nemodifikovaných).  Jde tedy o jejich normální činnost, kterou mají v popisu práce. Odhalit geny, které se při svalové činnosti zapojují do hry, dnes už není žádná věda. Horší to je, když chceme do jejich činnosti mluvit a řídit jejich exprimaci – na jaký plyn jedou. Nyní jsme se již dostali k tomu, co je podstatou práce. Jsou to změny v metabolických dráhách. Zda je jejich ovlivnění ku prospěchu, nebo ne, se u svalů dá docela dobře měřit – jejich sílou  a výkonem. Lépe se to zjišťuje na svalech velkých, a tak nepřekvapí, že se na SALK věnují především těm stehenním. Dobrovolníci, kteří by byli ochotni běhat až do vyčerpání a nechali se píchat bioptickými jehlami, se v Americe shánějí těžko, a tak se objektem výzkumnických zájmů staly málo odmlouvající myši.

Když si poznatek zjednodušíme, tak po aplikaci GW si svalová buňka z přitékající krve bere ke své práci méně cukru a o to více se sval spoléhá na své vlastní zásoby glykogenu. (Kredit: SALK)

Pokud  se rozhodnete skončit tady, protože vás nějaké myši nezajímají, bude to také chyba. Významu objevu myši nikterak neubírají, protože co se svalů týká, evoluce ty savčí dovedla k takové dokonalosti, že ani když jsme se trhli a začali chodit po dvou, nebylo třeba na nich nic zásadního měnit. Co dnes platí pro svaly hlodavčí, platí i pro člověčí.

Glukóza - základní a nejrychlejší zdroj energie pro všechny tělesné tkáně.

Na co výzkumníci přišli a jak na to přišli?

Nejprve se poučili od přírody. Ta prozradila, že vyškolené svaly mají mírně změněné řízení využívání energetických zásob. Buňky trénovaných svalů upouštějí od glukózy a jako zdroj energie více využívají zásobní glykogen. Pak využili poznatků z genových manipulací a tzv. "maratónských myší".  Přesně toho se pak snažili dosáhnout uměle. A také se jim to působením na PPARδ podařilo. Jinak řečeno, činnost genů ovlivnili přes antény (receptory) na jaderné membráně, které mají co do činění s peroxisomy. (Vydržte, už jdeme do finále) Peroxisomy je termín používaný pro titěrné váčky v buňce – organely menší než miliontina metru. Tvoří se v endoplazmatickém retikulu a jsou napěchovány enzymy (peroxidázou, katalázou, dehydrogenázou, urikázou). Jsou dobré k tomu, že v buňce redukují H₂O₂ a oxidují škodliviny. A také že štěpí mastné kyseliny.

Granule glykogenu. V centru je protein, na nějž jsou vlákna glykogenu navázána. Není divu, že svalové buňky, když nemusí, dávají přednost jednodušším molekulám snadno využitelné glukózy. (Kredit: Mikael Häggström)

Receptory PPAR si můžeme představit jako klíčový regulátor metabolismu mastných kyselin, který strká prsty do vnitřní mitochondriální membrány a diriguje tam dva proteiny (enzymy). Zjednodušeně se dá říci, že je nadřízeným dvěma vrátným. Jeden se stará o bránu vyčleněnou pro příjem mastných kyselin, druhý kontroluje závoru u vchodu s nápisem „Metabolity glukózy“.

Člověk má také gen PPARD kódující membránový protein (Peroxisome proliferator-activated receptor delta) se stejnými funkcemi jako u myší. Rozdíl je jen v tom, že u nás ho máme na šestém chromozomu.

Proč se o tom tak podrobně zmiňujeme?

Protože stačí čtyřiceti miligramů látky GW podávat v potravě po dobu 8 týdnů a  udělá to s výkonem svalů něco jako zázrak. Buňky to převede do režimu, v němž větší měrou využívají glykogen a mají stimulovaný metabolismus mastných kyselin, což zatím šlo jen za cenu kupy propocených triček a mnoha let tvrdé dřiny a odříkání.

Jde o skutečnou náhradu sportování?

Ano i ne. Ale z větší části ano. U pravidelně zatěžovaných svalů dochází ještě ke dvěma věcem, které podání „syntetiky“ nezajistí. Jednou je posun v zastoupení typů svalových vláken. Sportovcům a těžce pracujícím klesá ve svalových snopcích počet těch glykolytických a stoupá počet oxidativních vláken.

Zatímco v případě Viagry práci vykonává inhibitor fosfodiesterázy (na obrázku je sildenafil), u veřejných vytrvalostních sportů se jako podpůrný prostředek nabízí aktivátor receptoru genu PPARD, látka s pracovním názvem GW .

Tou druhou záležitostí je zmnožování mitochondriální hmoty v buňkách. K těmto dvěma průvodním znakům trénovaného svalu se polykači prášků nedopracují. Je ale otázkou, zda zrovna to je také nějak důležité. Zlepšení výkonu téměř na dvojnásobek bez zmíněných dvou parametrů spíš nasvědčuje tomu, že dvě jmenované změny jsou zcela podružnou záležitostí.

Netrénovaným myším se „sedavým zaměstnáním“ aktivátor GW zvýší svalový výkon (délku trati, než padnou vyčerpáním) o 70 procent.

Co má aktivní sportování s tím „pasivním“ společné?

Společným znakem je navození zvýšené oxidace mastných kyselin ve svalu, a že se po aplikaci takové látky oddaluje to, čemu maratonci říkají „náraz do zdi“. U myší se podáváním látky daří prodloužit čas, po který jsou svaly schopny podávat maximální výkon, zhruba o sto minut.

Rekapitulace pokusu

Nejprve výzkumníci dopřáli svým čtyřnohým svěřenkyním náš moderní způsob života. Jak říkají, hendikepovali je sedavým zaměstnáním. Pak jim osm týdnů aplikovali svůj lektvar. Látkou, jejíž složení z pochopitelných důvodů presentují jen jako GW, zapůsobili na receptory PPARδ, čímž se jim podařilo ovlivnit činnost jim podřízených genů. Signály z těchto „antén“ instruují geny zapojené do metabolismu. Říkají genům, na jaké obrátky mají jet. Vědci svým "chemickým udělátkem" upravili pochody ve smyslu upřednostnění alternativních  metabolických drah. Došlo jak k přesměrování ve využívání energetických zdrojů, tak ke změnám v  hospodaření s energií. Změny jsou takového charakteru, který více vyhovuje extrémním situacím, při nichž jsou na svaly kladeny zvýšené nároky.

A výsledek?

Zatímco kontrolní skupina myší na běžícím pásu kolabovala v průměru po 160 minutách, myši s popošťouchnutými geny zvládaly klusat v průměru 270 minut a uběhnout o 70 % delší trať. Převedeno do lidštiny – několik miligramů GW, ani ne za tři týdny, dostalo myší úředníky do takové kondičky, že měli i na profesionálně trénované maratonce.

Horní část grafu (plná čára) ukazuje koncentraci glukózy v krvi. Modře jsou vyznačeny hodnoty běžců dopovaných přípravkem GW. Červeným atletům se dostala energie, potřebná pro bezproblémovou činnost mozku, na kritickou hodnotu „nárazu do zdi“ (myšleno na dno) významně dříve. Spodní část grafu ukazuje naměřené hodnoty kyseliny mléčné. V té se obě skupiny prakticky nelišily. (Kredit: Weiwei Fan, Gene Expression Laboratory, Salk Institute for Biological Studies)

Pochopitelně, že výzkumníky zajímalo, co se v organismech děje na molekulární úrovni. Porovnáním genové exprese ve svalech u myší v kontrole a těch, které „jely na GW“, se projevila změna v aktivitě celé řady genů. Celkem jich bylo 975. Některé z nich pracovaly na větší obrátky, jiné geny podávání GW zase utlumilo. Ty, které se rozjely na plný plyn, byly ty, jejichž angažmá se týká spalování tuků.

Zvýšit vytrvalost svalů lze několika způsoby. Buďto se narodit v Keni, nebo tvrdě trénovat a dřinou si přivodit změnu v zastoupení oxidativních a glykolytických typů vláken ve svalech. Z La Jolly v Kalifornii nyní zaznělo, že to lze bez nutnosti měnit poměr typů vláken a bez dřiny. Zvládnout by to měla jejich GW působením na receptory.

Utlumené geny byly ty, které mají na starost získávání energie ze sacharidů. Takový poznatek bude jistě zajímat i střediska vrcholového sportu. Třeba proto, že náhlá odpadnutí favoritů  nejsou tak neobvyklým jevem a většinou souvisí právě s poklesem krevního cukru. Mozek totiž na nic jiného, než na glukózu, jezdit neumí a jakmile začne strádat, zasáhne bezpečnostním mechanismem, aby si nepřivodil hromadnou sebevraždu neuronů.    

Jak je to se škodlivostí?

Není dne ani hodiny, aby v našich tělech nedocházelo k zapínání a vypínání genů. Z tohoto pohledu o nějaký přečin vědců v jejich pokusu nešlo. Obě skupiny, jak ta s uměle ovlivněným metabolismem, tak ta kontrolní, ve chvílích, kdy běžci končili hypoglykemickým šokem, hladina jejich krevního cukru klesala v obou případech na hodnotu okolo 70 mg/dl. To by mělo signalizovat, že vylepšení výkonu by nemělo být něčím pro organismus nepřirozeným. Koncentrace kyseliny mléčné, kterou myším úředníkům i sportovcům v kontrole po maratonském běhu v „cíli“ měřili, také nesignalizovala rozdíl. Z toho se dá soudit, že jak sportovce, tak amatéra „na prášcích“, by po závodě bolel celý člověk stejně a doba rekonvalescence by také byla u obou stejná. Další podrobné testy ale na sebe jistě nenechají dlouho čekat.

Teď už to nestihnete, protože GW se musí podávat čtyři týdny. Ale kdo ví, třeba už na příštím maratonu budete moci držet krok (z leva do prava) s nepřekonaným Keňanem Dennisem Kimetto, nebo olympijským rekordmanem Samuelem Wanjiru z Keni, eventuelně mistrem světa a keňským policajtem Abelem Kirui, případně s keňským vytrvalcem Franklinem Chepkwony. Jen pro zajímavost - víte odkud je letošní vítězka Pražského maratonu Valary Aiyabei? (Kredit: Dirk Ingo Franke, FaceMePLS, Gr5555)

Samozřejmě, že vše se dá zneužít

Pro řadu vyznavačů silových sportů bude velkým pokušením si to vyzkoušet na vlastní kůži. Ostatně jako vše, co nějak zvyšuje výkon, výdrž či snižuje bolest.
Je dost dobře možné, že prvními lidskými pokusnými králíky budou vrcholoví sportovci.  Pokud se ukáže, že vedlejší účinky nebudou vážné, posilování svalů bez námahy by bylo velkým přínosem. Například pro nemocné se srdcem. Stejně tak u pacientů s plicní nedostatečností. O cukrovkářích ani nemluvě. Nejen, že by to omezovalo jejich tloustnutí, ale po podání GW by jim ani větší svalová námaha s hladinou cukru v krvi moc nezamávala (prášek by zajistil, že by se jim spalovaly převážně tuky).

Začarovaný kruh. Čím jsme více při těle, tím horší to je s pohybem a i když svaly nosí větší váhu, paradoxně nám slábnou. Aktivátor genu PPAR by měl kromě zvýšené vytrvalosti, zabraňovat i nárůstu tělesné hmotnosti. (Autor fota: Luis Miguel Bugallo Sánchez (Lmbuga) – Vlastní dílo, CC BY-SA 3.0)

Jistě by se našly i kurióznější případy. Jako třeba když by bylo záhodno, aby se náročnější výpravy účastnil výzkumník, který kvůli sedavému způsobu života už na tůru nemá. A mnoho dalších situací, kdy na výkonu závisí život, jako třeba při náročných operacích, ať už těch vojenských, tak i těch v nichž hlavní roli hraje pacient, čekající až bude mít dost sil, aby náročnou operaci zvládl. 

Porcování

Pravdou je, že v našich úvahách už porcujeme medvěda, který ještě nebyl uloven. Na druhou stranu, geny kterých se poznatky týkají, mají myši, medvědi i my v podstatě stejné. Stejně tak receptory PPAR, které je řídí. A také zastávají v buňkách stejné funkce. Jediné, co by celou věc mohlo zhatit, by byly vážné vedlejší účinky. Ty ale ze zatím provedených krevních testů nevyplývají. Optimismus je proto podle nás opodstatněný. Nejspíš jsme to naše úvodní přirovnání k Viagře hrubě podcenili. Jednak proto, že erektilní dysfunkcí trpí jen muži. A navíc se týká asi jen každého třetího po čtyřicítce. Zato s nadváhou se potýkají obě pohlaví a často ještě před čtyřicítkou. Dost nás je i takových, kteří obézní nejsme, ale svou nechutí k pohybu jsme jejími vážnými čekateli. Zájemců, kteří by se chtěli při nějaké příležitosti „blýsknout“ svou vytrvalostí, by také nebylo málo. Přičteme-li k tomu cukrovkáře a seniory, kterým by to mohlo umožnit zase si dojít nakoupit nebo třeba jen dojít na záchod,...  O tak rozsáhlém využití přípravku a široké  klientele, se výrobcům modrého štěstí ani nezdálo.

Video:  "Exercise-in-a-pill" boosts endurance (SALK Institute)

Literatura

Weiwei Fan et al. PPARδ Promotes Running Endurance by Preserving Glucose, Cell Metabolism (2017). DOI: 10.1016/j.cmet.2017.04.006 , www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(17)30211-5