Motor jako základ

 

Představa, zhmotnělá nakonec v tomto článku, zrála a kvasila v mé hlavě možná dva, možná pět let. Zpočátku neměla ambice stát se literárně zvěčnělou. Měla být modelem čehosi, co je v učebnicích popsáno mnoha nesrozumitelnými větami a chemickými vzorci (všimli jste si? Naše sladká čeština je sice nedostižným jazykem pro vyjádření pocitů, ale studium české učebnice znamená neustálé hledání začátků košatých souvětí a mudrování nad konečnou logickou hodnotou perel typu „není nepravdou, že se tato sloučenina nenachází v nestabilním stavu“. Nebo to není češtinou? ☺). Měnila se, komplikovala a zase zjednodušovala, podle toho, jak se měnily moje znalosti a zkušenosti. A samozřejmě také podle reakcí nešťastníků, kterým jsem jí předkládal jako odpověď na jejich dotazy na fyziologii sportovce.

    Verze „ponorka“ se definitivně zformovala v den, kdy jsem se s redakcí stránek KPO domluvil na pravidelném přispívání. Proč zrovna ponorka? Nenapadlo mě totiž jiné zařízení, které by mělo potřebu pracovat jak za přístupu tak bez přístupu kyslíku. Navíc se podobné propojení pohonů v ponorkách opravdu používá, i když samozřejmě bez kombinace paliv. Spojení dvou druhů spalovacích motorů je první můstek k pochopení fyziologie člověka. Abych zdůraznil paralely, článek je rozdělený tak, aby ho bylo možno otevřít současně ve dvou oknech a přeskakovat z ponorky na obdobný odstavec „v člověku“ a naopak.

obrázek

    Základem pohonu naší hypotetické ponorky je dvouspřeží spalovacích motorů, navlečených na jedné hřídeli, připojené ke generátoru elektrického proudu. Elektrický proud přes akumulátor pohání elektromotor s lodním šroubem. Proč taková složitá konstrukce? Půjdeme popořádku, od charakteristik jednotlivých spalovacích motorů.

    Dieselův motor má v naší ponorce nižší výkon. Jeho palivem je ale nafta, a jak jste si už asi všimli, nádrží je prakticky celý trup. Kdyby ponorka mohla využít jen síly tohoto motoru, měla by téměř neomezenou vytrvalost. Náš „diesel“ má ale podstatnou vadu – velkou spotřebu kyslíku, bez kterého se ihned zastaví.
    Benzínový (správně zážehový, chcete-li) motor má naproti tomu výkon o něco vyšší a ještě jedno plus navíc – umí nějakou dobu pracovat bez přísunu kyslíku (to samozřejmě není pravda, já vím. Ale protože ve fyziologii takový mechanismus existuje, musel jsem si ho vymyslet i tady). Jeho nádrže jsou ale daleko menší – představme si například, že benzín je dražší.
    Oba motory jsou pevně propojeny hřídelí a pracují za přístupu kyslíku vždycky současně, i když benzínový může jet jen na volnoběh. Vždycky ale musí „dieselu“ trochu pomáhat. Může v našem příměru zajišťovat lepší kompresi. Navíc funguje pro slabšího kolegu jako startér.
    Posledním článkem na hřídeli je generátor – pasivní člen trojice. Vyrábí tolik elektřiny, kolik otáček mu po hřídeli přijde a neptá se, kdo se na tom podílí.
    „Od pantáty vedou dráty do žárovky nade vraty. Odtud proud se přelévá, …“ Tolik klasik Jára Cimrman. V naší ponorce se proud přelévá přes akumulátor do elektromotoru. Zatímco akumulátor je maličký a slouží jen pro pokrytí náhlého zvýšení odběru při špičkovém výkonu, elektromotor je bumbrlíček. Jeho výkon a tedy i spotřeba proudu je daleko větší, než obou spalovacích motorů dohromady.

    Musíme se teď zmínit o palivech, která ponorku pohánějí. Nafty má, jak jsme se už zmínili, ponorka dostatek. Je levná, za přístupu vzduchu dokáže udělit lodi docela slušnou rychlost. Bez pomoci benzínu by se však ani při startu, ani při jízdě neobešla a potřebuje ke svému spálení dostatek kyslíku.
    Benzín je palivo luxusní. Motoru dává vysoký výkon, potřebuje k němu méně kyslíku než nafta a navíc, pokud kyslík nestačí, může použít následující trik.
    Všimli jste si už určitě v obrázku malé nádrže s nápisem „Saze“. „Co to je za pitomost?“, ptáte se právem. Jak jsem už psal, v lidském těle něco takového existuje, proto ta trocha fantazie. Když totiž kyslík nestačí, může část benzínu spálit motor jen do podoby „sazí“. Ty v příhodnější dobu, kdy je kyslíku dostatek, může pálit dál až na výfukové plyny. Při velmi poklidné plavbě je dokonce může převést zpět na benzín.
    Elektrický proud se chová jako elektrický proud. Něco málo nacpeme do akumulátorů, ostatek roztočí elektromotor. Rezerva v akumulátoru překryje výkyvy v dodávce nebo krátkou chvíli maximálního výkonu.

    A teď – startujeme. Povel kapitána zní: „ Nahodit motory!“. Benzínový motor startuje první, elektromotor se roztáčí, podmořská loď odráží od břehu. Po nějaké době se rozkašle i diesel. 
    Crrrr, na lodním telegrafu ve strojovně se objeví povel „Cruising speed!“ (nejsme námořní velmoc a tak „poloviční parou vpřed“ zavání dobou obrozenců a kulhá podle mě na obě nohy). Benzínový motor na volnoběh, diesel na plný výkon. Kyslíku je dost, nikam nechvátáme a spokojeně křižujeme.
    „Full ahead!“ (tedy „plnou parou“) – zabouří teď i benzínový motor a benzín v nádrži začne ubývat. Valíme si to, valíme, takovou rychlostí dokážeme jet jen asi dvě hodiny, pokud nebudeme palivo doplňovat. Kyslíku je dost a tak je plavba ještě relativně komfortní.
    „Flank ahead!“ (tak na to už moje česká terminologie nestačí, ale je to víc než „full“). Oba motory jedou naplno, sací potrubí se zahltí. Část benzínu odchází částečně spálená do nádrže s nápisem saze. Co se bude dít dál?
    První verze – strojník drží pořád plný plyn. Nádrž na saze se naplní, motor se začne dusit vlastními spalinami, musíme zvolnit na „Full ahead“. Nádržka „saze“ zůstává plná, ale jedeme. Pokud bychom zvolnili více, na „Idle“ (to je česky volnoběh, ale pro zachování terminologie cokoliv… ☺) ponorka si dokáže přeměnit „saze“ zpět na benzín. Při rychlostech mezi full a cruising „saze“ jednoduše pomalu pálí s benzínem.
    Druhá verze – strojník přidává a ubírá plyn a nebo se moře vlní – chvíli do kopce chvíli z kopce. V tom případě si benzínový motor ve chvílích nižšího výkonu ochotně lokne „sazí“ z nádržky – má je takříkajíc předžvýkané.
    „Emergency!“ („nouzový výkon“). Doposud se choval elektromotor naprosto pasivně. Co spalovací motory vyrobily, to využil. Máme ale poslední možnost, jak zrychlit – snížením odporu před motorem dosáhnout maximálního výkonu. „Vycucli“ jsme sice celý akumulátor, ale vyhli se torpédu. Dál už zase máme jen to, co se ve spalovací sekci vyrobí. V akumulátoru je zásoba asi na 8 vteřin nouzového výkonu. Důležité je si uvědomit, že nouzového výkonu jsme dosáhli bez ohledu na výkon spalovací sekce, jen změnou režimu elektromotoru! Pak ale musí generátor ztrátu dohradit.
    Posledním povelem je „Submerge!“ („ponořit!“). Sací kanály se uzavřou, výfuk jakbysmet a mizíme pod hladinou. Diesel spotřebuje, co je v sacím potrubí, zaškytá a ztichne. Benzínový motor začne produkovat saze, dokud se nádrž nenaplní a pak také zmlkne. Poslední je zásoba akumulátoru a pak už musíme nahoru – celé to trvá asi 45 vteřin, u nejlepších ponorek našeho druhu až pět minut (neříkal jsem, že si musím místy něco vymyslet? ☺)

    Ale jak tohle dlouhé povídání souvisí s cyklistikou?!?

 

Zatímco v první části jsme s jistou dávkou fantazie vytvořili model ponorky, ve druhé části tento model použijeme jako vzorec, na který napasujeme chování lidského metabolismu. Prohlédněte si druhý obrázek a sledujte, jak se změnil. Počítač nám navíc dává možnost podle potřeby přeskakovat z jedné části článku do druhé a osvětlit si tak případné nejasnosti.

obrázek

    Jak vidíte, schéma není umístěno do žádné konkrétní části těla nebo orgánu. Je to proto, že děj, tak jak ho budeme popisovat, probíhá v těle jako celku, na různých místech zároveň. Člověka zjednodušíme na jednoduchou nádobu bez vnitřních omezení, pouze se vstupem kyslíku a výstupem základních zplodin. Výsledkem celého procesu bude jízda na kole, nebudeme se ale zabývat tím, jak pohyb mechanicky vzniká.

    Tak jako v naší ponorce bylo základem pohonu dvouspřeží spalovacích motorů, v těle je na začátku spalování dvou energeticky bohatých látek – sacharidů a tuků. Termín spalování mohu použít bez uvozovek, protože pokud bychom tento proces zapsali chemickým vzorcem, nepoznáte ho od zápisu spálení housky se sádlem na ohníčku. Na jedné straně rovnice by byl nějaký uhlovodík (CxHx+y pro ty, kdo si přejí více odbornosti, sloučenina mnoha uhlíků a ještě více vodíků pro toho, kdo od základní školy nechce o chemii už nic vědět) a kyslík, na druhé kysličník uhličitý a voda. Rozdíl je, že houska se sádlem upadlá do ohníčku chytne jak fakule a vy z toho máte jen oči pro pláč a slinu v puse, zatímco tělo dokáže spálení provést kousíček po kousíčku, v drobných krůčcích. A z každého toho krůčku dokáže nabít jednu molekulu ATP nebo CP.
    Co je ATP a CP? (pro ty, kdo tvrdí, že CP je zkratka za „celá pr…“ podle vzorce LPP+PPP=CP říkám rovnou NE! ☺) ATP je celým slovem adenosintrifosfát a CP znamená kreatinfosfát. Pro naše potřeby úplně stačí vědět, že je to univerzální energetické platidlo ve všech buňkách živých organizmů a odpovídá elektřině v naší ponorce.
Dieselovu motoru ponorky odpovídá metabolismus tuků, přesněji mastných kyselin. Stejně tak, jako naše ponorka, máme i my zásoby tuku obrovské – a to i ten nejhubenější cyklista. A stejně jako diesel v našem modelu umí metabolismus mastných kyselin pracovat jen pokud má dostatek kyslíku. Co je to tuk a mastná kyselina povím o pár řádek dále.
Obdobou benzínového motoru je metabolismus sacharidů, tedy glukózy. I v těle je jeho výkon obvykle vyšší než výkon metabolismu tuku, i když na tento poměr má velký vliv trénovanost. Cílem vytrvalostního tréninku je totiž maximalizovat výkon právě metabolismu tuků. To ale hodně předbíhám... První krůčky štěpení glukózy mohou běžet i bez přítomnosti kyslíku. Glukóza je v těle uložena ve formě glykogenu a tak jako v našem příkladu jsou i v těle zásoby glykogenu omezené.

obrázek

    Tady musíme naše původní schéma trochu zkomplikovat, abychom měli v dalších článcích na co navázat. „Motor“ spalující glukózu vznikl totiž historicky spojením dvou poměrně nezávislých podjednotek. Starší a primitivnější, kterou disponují všichni živočichové, dokáže přeměnit glukózu na pyruvát a dále laktát za vzniku 2 ATP. „Modernější“, který do své výbavy přijali, pokud mě paměť neklame, teprve plazi, dokáže spálit pyruvát dále až na úroveň vody a kysličníku uhličitého a vyrobit dalších 36 ATP. Ve druhém ročníku na medicíně byla oblíbenou ranou z milosti na chemii otázka, zda je rychlejší delfín nebo žralok. Správná odpověď zní – žralok je lepší sprinter, protože i když nemá aerobní, má větší kapacitu anaerobního metabolismu. Na dlouhou trať je lepší delfín, protože díky aerobnímu metabolismu dokáže plavat v rychlém tempu dlouhé hodiny, zatím co žralok se po pár rychlých tempech beznadějně zakyselí. Pro nás je důležité vědět, že jde o dvě zvláštní jednotky a proto se také dají zvlášť trénovat (opět předbíhám).
    Stejně jako v ponorce jsou i v organismu tukový a sacharidový metabolismus, tedy „diesel“ a „zážehový“ motor, propojené. Na první krůček pálení tuků (viz dále) je totiž nutné získat energii spálením určitého množství glukózy. To je také jeden z důvodů, proč se organismus pálení tuků obvykle brání. Náš „metabolický diesel“ se proto významněji podílí na získávání energie teprve po 30 minutách! Tady si neodpustím jedovatou odbočku – určitě jste si všimli, že horlivé návštěvnice aerobiků všeho druhu (bohužel do toho patří i spinning) rozhodně nehubnou, většinou spíš naopak. Typická jednotka totiž trvá 40 až 50 minut a tak kýžené hubnutí může trvat maximálně 15 až 20 minut. K tomuto faktu se ještě vrátím v článcích o laktátové křivce a principech tréninku.
    Štěpení tuků a mastných kyselin za vzniku ATP a CP probíhá přímo v místě spotřeby – ve svalové buňce. Onímelektromotorem je potom v našem případě svalový protein zvaný myofibrila a akumulátorem vlastně celý obsah buňky. Jen pro zajímavost – vlastní zkrácení myofibrily vytvářející svalový stah žádnou energii nepotřebuje. ATP se spotřebovává na její opětovné prodloužení. Představte si to třeba jako natažení kohoutku pistole, po zmáčknutí kohoutku se energie už jen uvolní. Proto je také posledním naším sportovním výkonem na tomto světě… mrtvolná ztuhlost ☺.

    O palivech v lidském těle se zmíníme jen krátce, protože o nich nás čeká celá další kapitola. Zaměřím se hlavně na terminologické zmatky, na které můžete narazit v mnoha populárních časopisech o zdraví a pohybu
    Tuky („nafta“ z našeho modelu) můžete znát také pod pojmem triglyceridy. Skládají se ze tří dlouhých řetízků uhlíků s vodíky, na jednom konci propojené glycerolem jako sponou. Řetízky se správně jmenují mastné kyseliny. Aby je bylo možné spálit, tato spona se musí oddělit a zpracovat stejným mechanizmem jako glukóza. Proto musí, alespoň na volnoběh, běžet i sacharidový motor. Potom pěkně článek po článku shoří za vydatné spotřeby kyslíku. Protože hoří každý uhlík zvlášť, je to palivo pěkně výhřevné, jeden gram vydá skoro za čtyři gramy cukrů! A protože cyklista 70 kg těžký, mající 5% tuku má tedy 3,5 kg sádla, má paliva doalelujá.
    Sacharidy, tedy „benzín“ naší ponorky, mají přezdívek daleko více. Běžně se setkáte s názvy cukry, sacharidy, uhlovodany, glycidy, karbohydráty, uhlohydráty a další. Jak to tedy je? Je to totéž. Základním sacharidem v těle je glukóza, mnoho glukóz spojených dohromady tvoří glykogen. Ten je zásobní formou glukózy, je tedy uložen v našich „nádržích“. Glykogenu má dobře trénovaný borec (schopnost „nasyslit“ si glykogen je totiž také možno trénovat) asi 700 – 900 gramů – asi na 2 hodiny jízdy maximální dlouhodobou intenzitou.
    Určitě jste si všimli, že v obrázku přibylo něco červeně. Je to vlastnost, kterou zatím nemá žádný člověkem vynalezený stroj. Živý organismus dokáže jako palivo spotřebovávat i bílkoviny, stavební kameny jeho „motorů“. Přemění je prostě na cukry a spálí. Je to vlastnost původně zamýšlená jako nouzová, pro cyklistu ale v dlouhém závodě dost důležitá. Podrobněji se o tom zmíním v dalších článcích.
    Mezi paliva patří ještě jedna látka, ta kvůli které jsem vymýšlel složitou konstrukci hypotetických „sazí“. Je to laktát (nebo také ne zcela přesně kyselina mléčná). Oblíbený klacek, kterým se dnes ohání kde kdo, každý, kdo přejede na kole dvakrát železniční přejezd, má udělanou laktátovou křivku. Je to správně, ale jen tehdy, když ví, jak s ní má pracovat. V dobách mého mládí byl laktát démonem, noční můrou všech závodníků vytrvalostních sportů, působitelem bolesti svalů a namožení, příčinou přetrénování. Snad jen za světovou válku nemohl. Všechno je omyl. Laktát je látka veskrze užitečná. Příčinou bolesti svalů je zakyselení. Kyselina mléčná zakyselení nezvětšuje, ale na první pohled paradoxně zmenšuje! (to bohužel musím použít jako dogma. Toho, kdo o něm pochybuje, musím odkázat na kapitolu o pufrech v učebnici chemie, protože vysvětlení by mi zabralo jeden takový článek, a ještě nevím, jestli bych to dokázal vysvětlit dobře☺). Navíc, svaly méně zatížené mají kyslíku dost a tak laktát lačně spolykají jako palivo. Další obhajobu laktátu najdete v článku o laktátové křivce.

    A zase startujeme. První zvyšuje tempo metabolismus glukózy. Důvodů je víc, hlavní je rychlá dostupnost glukózy přímo v buňce a krevním oběhu, mastné kyseliny se ze zásob musí nejprve uvolnit a odjistit odstraněním spony. Teprve po 20 až 30 minutách, zřejmě když tělo uvěří, že to myslíme vážně ☺, se rozbíhá spalování tuků a metabolismus cukrů klesá na volnoběh – pracujeme v zóně „základní vytrvalosti“.
    Dosáhneme-li plného využití výkonu tukového motoru a chceme-li dále zrychlovat, přidáváme plyn na dosud volnoběžně pracujícím motoru sacharidovém – překročili jsme tedy aerobní práh a nacházíme se v zóně „intenzivní vytrvalosti“. Začali jsme teď navíc k tuku spalovat naše drahocenné palivo – cukry.
    Když jsme přecházeli ze „základní vytrvalosti“ do „intenzivní“, museli jsme překročit aerobní práh – tedy překročit možnosti samostatně pracujícího tukového metabolismu. Při dalším zrychlování narážíme na druhou hranici – práh anaerobní. Omezení tady přichází z jiné strany. Sacharidový motor má ještě rezervy, ale srdce a plíce, naše turbodmychadlo, už nedokáže dodávat více kyslíku. Začínáme pracovat na dluh (také se o kyslíkovém dluhu mluví) a produkovat laktát. Dostali jsme se do zóny anaerobního prahu.
    Prahová zóna je velmi úzká, ale o to důležitější. V zatížených svalech totiž pracují oba systémy současně a využívají většinu své kapacity. Navíc už vydatně pracuje i anaerobní část sacharidového motoru a produkuje laktát. Ten se ale ve svalech méně zatížených a tudíž majících kyslíku dostatek, zase spaluje (další zapojený systém). Jeho hladina tak příliš nestoupá. Prahová zóna je klíčovou oblastí tréninku vytrvalce. Podrobně v kapitolách o laktátové křivce a tréninku.
    Překročili jsme anaerobní práh. Tukový motor se zalknul, pracuje jen sacharidový, využívá anaerobní i aerobní způsob práce. Laktát se více či méně hromadí. Jsme v oblasti „maximální intenzity“. Tady se láme chleba v závodě. Kdo udrží nižší laktát nebo snese vyšší, jede v časovce rychleji, vydrží v úniku (už vás to začalo zajímat?☺).
    Došlo na spurt. Zatímco až do teď jsme spotřebovali, stejně jako elektromotor v ponorce, tolik ATP, kolik se ho vyrobilo, teď hrábneme do rezerv. Na osm až devět vteřin dokážou svaly vydat výkon, kterému žádný zmíněný metabolický motor nestačí. Teď už zbývá jen pustit řidítka a zdvihnout ruce! (poznámka na okraj: všechny ostatní rezervy trénovat můžeme, tato roste jen tolik, o kolik vyroste naše síla. Atleti sprinteři při stovce zrychlují jen prvních 7-8 vteřin. Zbytek času v podstatě padají do pásky. Jde tedy hlavně o to, jak dosáhnou za 7 vteřin maximální rychlost, jiná cesta není. To je také důvod, proč se světový rekord na stovku už moc nehýbe).
    Režim zcela bez kyslíku se cyklistiky příliš netýká. Jen velmi stručně: Protože se nemůžeme nadechnout a získat kyslík, dochází v těle ke stejným změnám, jako v maximálním režimu na kole, ale bez odbourání laktátu v méně zatížených svalech. Protože ale nemůžeme ani vydechovat, v těle se zároveň hromadí i kysličník uhličitý. Ten je pro tělo jedovatý a tak máme speciální čidla, která nám hlásí překročení jeho hladiny jako pocit dušení. Doba setrvání pod hladinou je potom závislá na naší schopnosti pocit dušení ignorovat. Běžně je to oněch 45 vteřin. Lovci perel a rekordmani v potápění „na hubu“ soustavným tréninkem a určitými fintami tento v podstatě ochranný mechanizmus zlomili a vydrží se zadrženým dechem až 5 minut.

    Kdo dočetl až sem a má pocit, že si něco, popřípadě vůbec nic, nezapamatoval, ať nezoufá. Čeká ho ještě

Shrnutí

    Dozvěděli jsme se, že v našem těle existují 3 energetické systémy – metabolismus tukumetabolismus cukrůa na ně navazující systém ATP/CP. Zjistili jsme, že metabolismus cukrů má dvě součásti, anaerobní (nepotřebuje kyslík) a aerobní (ta kyslík vyžaduje). Víme, že metabolismus tuků potřebuje kyslík vždycky. Poprvé jsme se dotkli faktu, že tuku máme všichni na rozdávání, zatím co cukry si musíme šetřit. A teď to nejdůležitější. Zjistili jsme, že organizmus nepracuje od “ležím” po “běžím” stejně, jen pomaleji nebo rychleji, ale že existují nějaké zóny –základní vytrvalostintenzivní vytrvalostprahová zóna a maximální výkon a jakési prahy - aerobní a anaerobní. A že pro každou zónu je typický určitý stupeň zapojení jednotlivých metabolických strojů. Ti pozorní pak vytušili, že známe-li svojí laktátovou křivku, můžeme jednotlivé “motory” cíleně trénovat a tedy vylepšovat.

    Kdo dočetl až sem a má pocit, že něčemu nerozumí, má dvě možnosti, jak si moje povídání utřídit. Nejprve se může klepnutím na jednotlivé termíny ve shrnutí vrátit zpět k jejich výkladu. A pokud to nestačí, pořád ještě není nic ztracené. Ke všemu se budeme v následujících článcích opakovaně a z různých úhlů vracet.

    A to je pro dnešek všechno. Příště nás čeká rozvedení toho, co jsme dnes nakousli – charakteristiky paliv pro naše motory.

Série: