Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Znamy granicę wytrzymałości ludzkiego organizmu

Recommended Posts

Ironman, ultramaraton w Dolinie Śmierci czy wyścig Tour de France testują granice ludzkiej wytrzymałości. Niektórzy twierdzą, że granice te istnieją jedynie w głowie, jednak naukowcy właśnie określili, gdzie się one znajdują.

Uczeni z Duke University, badając wydatki energetyczne osób biorących udział w najbardziej wymagających wydarzeniach sportowych, stwierdzili, że u każdego człowieka występuje ten sam limit metaboliczny, czyli maksymalny poziom wysiłku, jaki może on długoterminowo wytrzymać. Okazuje się, że w przypadku wysiłku fizycznego trwającego całymi dniami, tygodniami i miesiącami, człowiek może spalać kalorie w tempie nie przekraczającym 2,5-krotności tempa spalania kalorii w czasie spoczynku.

Uczeni zauważyli, że nawet najlepiej wytrenowany ultramaratończyk nie jest w stanie przekroczyć tej granicy.

To definiuje możliwości fizyczne człowieka, mówi współautor badań, profesor antropologii ewolucyjnej Herman Pontzer.
Gdy przekraczamy wspomnianą granicę 2,5-krotności zużycia kalorii w spoczynku, organizm zaczyna rozkładać własne tkanki, by uzupełnić deficyt energii.

Naukowcy uważają, że granica wydolności jest określana przez zdolność jelit to przyswajania pokarmu. To zaś oznacza, że nawet jeślibyśmy więcej jedli podczas wzmożonego wysiłku, nie jesteśmy w stanie przesunąć tej magicznej granicy. Po prostu istnieje górny pułap kalorii, jakie może przyswoić nasz układ pokarmowy, mówi Pontzer.

W ramach swoich badań naukowcy przyjrzeli się grupie biegaczy biorących udział w 2015 Race Across the USA. To liczący niemal 5000 kilometrów bieg z Kalifornii do Waszyngtonu. Uczestnicy biegną przez 5 miesięcy pokonując co tydzień trasę 6 maratonów. Pod uwagę wzięto też inne wymagające energetycznie przedsięwzięcia, jak np. 100-milowe ultramaratony górskie czy ciążę.

Gdy przeanalizowano dane na temat wydatków energetycznych w czasie okazało się, że początkowy wysiłek metaboliczny był wysoki, jednak z czasem nieuchronnie spadał do poziomu 2,5-krotności wysiłku metabolicznego w czasie spoczynku i pozostawał na tym poziomie do końca. Naukowcy analizowali też próbki moczu pobrane od zawodników na początku i na końcu Race Across the USA. Okazało się,że po 20 tygodniach biegu sportowcy spalali dziennie o 600 kalorii mniej niż można się było tego spodziewać po długości przebytej trasy. To sugeruje, że organizm celowo ogranicza metabolizm, by utrzymać go na poziomie koniecznym do przetrwania.

To wspaniały przykład ograniczenia wydatkowania energii, gdzie organizm ma ograniczone możliwości odnośnie maksymalnych poziomów wysiłku przez dłuższy czas, mówi współautorka badań, Caitlin Thurber. Możemy biec sprintem przez 100 metrów, ale spokojnym tempem przebiegniemy wiele kilometrów, prawda? Ta zasada działa również tutaj, dodaje profesor Pontzer.

Analiza wydatków energetycznych we wszystkich przypadkach długotrwałego wysiłku dawała taki sam wykres w kształcie litery L. Niezależnie od tego czy analizowano podróż po mroźnej Antarktydzie, gdzie uczestnicy całymi dniami ciągnęli ważące setki kilogramów sanie, czy też odbywający się w upale Tour de France. Takie wyniki zaś stawiają pod znakiem zapytania pojawiające się wcześniej tezy, których autorzy wiązali wytrzymałość człowieka ze zdolnością do regulowania temperatury organizmu.

Co interesujące, maksymalne możliwe wydatki energetyczne wytrenowanych ultramaratończyków były jedynie nieco wyższe niż maksymalne poziomy metaboliczne kobiet w ciąży. To zaś sugeruje, że ten sam mechanizm, który ogranicza wydolność sportowców  może wpływać na inne aspekty życia, jak na przykład na maksymalne rozmiary dziecka w łonie matki.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nosoderma diabolicum, chrząszcz zamieszkujący zachodnie wybrzeża USA ma, podobnie jak jego kuzyni z podrodziny Zopherinae, jeden z najbardziej wytrzymałych egzoszkieletów występujących w przyrodzie. Dlatego też bez trudu może przeżyć przejechanie przez samochód, a ptaki czy gryzonie rzadko mogą się nim pożywić.
      Przetrwanie Nosoderma diabolicum, zwanego diabolicznym chrząszczem pancernym, zależy od jego umiejętności udawania martwego oraz od niezwykłego pancerza. Chrząszcz nie lata, nie jest też szybkobiegaczem. Gdy złapie go drapieżnik, udaje martwego i cierpliwie czeka, aż drapieżnikowi znudzą się próby przebicia pancerza.
      Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine (UCI) i innych instytucji badawczych określili właśnie skład oraz budowę niezwykłego pancerza i wykazali, że współczesna inżynieria może skorzystać na tych doświadczeniach.
      Wszystko zaczęło się w 2015 roku, gdy świeżo upieczony magister Jesus Rivera, pracujący w uniwersyteckim laboratorium profesora Davida Kisailusa, zwiedzał muzeum entomologiczne na University of California Riverside. Tam dowiedział się o istnieniu diabolicznego chrząszcza pancernego. Młody uczony pozbierał więc chrząszcze znalezione wokół uniwersyteckiego kampusu i zaczął prowadzić na nich eksperymenty. Okazało się, że zwierzę jest w stanie przetrwać nacisk o 39 000 razy większy od jego własnej wagi. To tak, jakby 70-kilogramowy człowiek był w stanie przeżyć pod położonym na nim betonowym blokiem o wadze 2730 ton.
      Rivera i Disailus wykorzystali mikroskopy i spektroskopy do przeanalizowania budowy pancerza Nosoderma diabolicum. Odkryli, że tajemnica niezwykłej wytrzymałości tkwi w architekturze egzoszkieletu, szczególnie zaś w elytronie. U chrząszczy latających elytry, czyli pokrywy, tworzą pierwszą parę skrzydeł – tę stwardniałą – służących do ochrony drugiej, błoniastej pary. U nielotnych chrząszczy pancernych eltyron wyewoluował tak, by tworzyć stałą ochronną powłokę.
      Kisailus i Rivera wykazali, że elytron Nodoserma diabolicum składa się z warstw chityny oraz matrycy białkowej. Amerykanie, wraz z grupą japońskich naukowców z Tokijskiego Uniwersytetu Rolnictwa i Technologii przeanalizowali skład chemiczny egzoszkieletu chrząszczy latających i porównali go z egzoszkieletem diabolicznego chrząszcza pancernego. Okazało się, że zewnętrzna warstwa egzoszkieletu Nosoderma diabolicum ma znacznie większą koncentrację protein, dochodzącą do 10% wagi. Zbadano też szew łączący u N. diabolicum obie połówki elytry. Uczeni zauważyli, że jego struktura przypomina szczepione ze sobą puzzle. Za pomocą specjalnie zbudowanego urządzenia naukowcy obserwowali, jak ten szew zachowuje się pod naciskiem. Odkryli, że – wbrew temu, co można się było spodziewać – wypustki „puzzli” nie łamią się w najwęższym miejscu, ale przy nacisku, dochodzi do delaminacji.
      Gdy rozrywamy puzzle, oczekujemy, że oderwie się najwęższa część wypustki. Jednak u tych chrząszczy nie obserwowaliśmy takiego katastrofalnego zjawiska. Zamiast tego dochodziło do delaminacji, czyli znacznie łagodniejszego uszkodzenia struktury, mówi Kisailus. Zauważono też, że warstwy zawierają microtrichia, miniaturowe włoski zapobiegające ześlizgiwaniu się warstw.
      Profesor Kisailus wysłał Riverę do Lawrence Berkeley National Laboratory, gdzie przy pomocy specjalistów pracujących przy Advanced Light Source można było przeprowadzić obserwacje zmian struktury pancerza poddanego naciskowi, wykorzystując przy tym potężne źródło promieniowania rentgenowskiego. Badania potwierdziły wcześniejsze spostrzeżenia dotyczące zarówno geometrii jak i reakcji na nacisk pancerza.
      Uczeni już przystąpili do prac nad wykorzystaniem swoich spostrzeżeń przy produkcji bardziej wytrzymałych materiałów na potrzeby przemysłu lotniczego. Badania są finansowane przez US Air Force, US Army Research Office oraz Departament energii i Tokijski Uniwersytet Rolnictwa i Technologii.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Adam Gorlitsky, sparaliżowany od pasa w dół mieszkaniec Południowej Karoliny, pobił rekord świata w biegu maratońskim w egzoszkielecie. Gorlitsky wziął udział w Charleston Marathon. Przebycie całego dystansu zajęło mu 33 godziny, 50 minut i 23 sekundy. Tym samym pobił rekord z 2018 roku kiedy to Simon Kindleysides przebiegł Maraton Londyński w ciągu 36 godzin 46 minut.
      Gorlitsky wystartował w czwartek wieczorem, a na mecie stawił się w sobotę rano. W tym czasie nie spał. Było to jego drugie podejście do maratonu. W ubiegłym roku wystartował w Los Angeles, ale zrezygnował na 28. kilometrze.
      Zawodnik przyznał, że od roku myślał o pobiciu rekordu świata. W końcu mu się udało. Przyznał, że jest pełen podziwu dla Simona Kindleysidesa. Przekonał się bowiem, jak wielkim wyzwaniem jest przebycie ponad 40 kilometrów w egzoszkielecie.
      Rekordzista powiedział, że wytrwał tylko dzięki olbrzymiemu wsparciu. Maraton odbywał się w moim rodzinnym mieście, więc wielu ludzi przyszło, by przejść z nami kawałek. To wyzwala taką adrenalinę, że nawet gdy byłem zmęczony energia innych pozwalała mi iść, mówi Gorlitsky.
      Mężczyzna został sparaliżowany w wyniku wypadku samochodowemu, jakiemu uległ w 2005 roku. Po 10 latach od wypadku dzięki egzoszkieletowi stanął na nogi. W 2016 roku został pierwszym sparaliżowanym człowiekiem, który wziął udział w Cooper River Bridge Run. Przebycie 10-kilometrowej trasy zajęło mu niemal 7 godzin. Po tym wydarzeniu założył niedochodową organizację I GOT LEGS, której celem jest poprawa jakości życia osób niepełnosprawnych.
      Obecnie Gorlitsky bierze udział w przedsięwzięciu o nazwie „One Million Steps Tour”. To wyzwanie, którego uczestnicy przechodzą robią 10 000 kroków dziennie przez 100 kolejnych dni.
      Dotychczas Gorlitsky wziął udział w niemal 50 biegach na terenie całych Stanów Zjednoczonych. Teraz jego celem jest stanięcie twarzą w twarz z człowiekiem, któremu odebrał tytuł najszybszego maratończyka w egzoszkielecie. Chciałbym zmierzyć się z Simonem w wyścigu. Byłoby wspaniale rywalizować z nim podczas Maratonu Londyńskiego, mówi Gorlitsky.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Podczas tegorocznego maratonu w Londynie przetestowane zostaną jadalne "płynne" kapsułki wytwarzane z wodorostów, które pomogą biegaczom ugasić pragnienie i nie przyczynią się do wzrostu zanieczyszczenia plastikiem.
      Kapsułki Ooho to wynalazek założycieli start-upu Skkiping Rocks Lab, absolwentów Imperial College London Pierre'a Pasliera i Rodriga Garcii.
      Na uczestników Virgin Money London Marathon na 23. mili czekać będzie ponad 30 tys. kapsułek z napojem izotonicznym Lucozade Sport. To największy test, jakiemu dotąd poddawano Ooho.
      Test to odpowiedź na narastające obawy dot. ilości odpadów plastikowych generowanych podczas masowych biegów.
      Ooho to pozbawiona smaku biodegradowalna membrana. Wytwarza się ją z wodorostów. Można ją wykorzystywać do zamykania w małym "bąblu" wody i innych cieczy.
      Paslier i Garcia podkreślają, że nawet jeśli Ooho nie zostaną zjedzone, rozkładają się w środowisku średnio po 6 tygodniach. Dla porównania, okres degradacji plastikowej butelki przekracza 400 lat.
      Ekipa z Skkiping Rocks Lab wypróbowuje Ooho jako zastępnik małych butelek na wodę, a także opakowań na soki czy różne sosy podawane w restauracjach typu fast food. Ukoronowaniem wysiłków Brytyjczyków jest londyński maraton z 28 kwietnia.
      Lise Honsinger dodaje, że prowadzone są też rozmowy z organizatorami październikowego półmaratonu Royal Parks, gdzie ustawiono by punkt z wodą, a także z organizatorami maratonu nowojorskiego.
      Skkiping Rocks Lab dysponuje przemysłową maszyną do produkcji Ooho. Dzięki niej w 5-10 min można uzyskać do 100 kapsułek.
      Kiedyś firma rezydowała na terenie inkubatora przedsiębiorczości Imperial White City. Obecnie w laboratorium w Bethnal Green pracuje 14-osobowy zespół.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Lenistwo może być, przynajmniej w przypadku małży i ślimaków, pomocne w przetrwaniu. Takie wnioski płyną z badań przeprowadzonych na University of Kansas, w czasie których przeanalizowano dane dotyczące metabolizmu 299 gatunków żyjących od pliocenu (ok. 5 milionów lat temu) do dzisiaj. Okazało się, że szybszy metabolizm wiązał się z większym ryzykiem wyginięcia gatunku.
      Zastanawialiśmy się, czy można wyliczyć prawdopodobieństwo wyginięcia gatunku na podstawie ilości energii, jakie pobierają jego przedstawiciele. Okazało się, że istnieją różnice pomiędzy gatunkami mięczaków, które wyginęły w ciągu ostatnich 5 milionów lat, a tymi, które do dzisiaj przetrwały. Te gatunki, które wyginęły, miały zwykle wyższy metabolizm niż te, które przetrwały. Te organizmy, które mają mniejsze potrzeby energetyczne wydają się mieć większe szanse na przetrwanie, mówi główny autor badań, Luke Stortz z Instytutu Bioróżnorodności i Muzeum Historii Naturalnej University of Kansas.
      Może najlepsza długoterminowa strategia dla zwierząt, to jak największe lenistwo. Im wolniejszy metabolizm, tym większe prawdopodobieństwo, że gatunek przetrwa. Może zamiast „przetrwaniu najsprawniejszych” najlepszą metaforą ewolucji jest „przetrwanie najbardziej leniwych” lub przynajmniej „przetrwanie powolnych”, zastanawia się inny autor badań, profesor Bruce Liebermann.
      Uczeni podkreślają, że ich praca może pomóc w przewidywaniu, które gatunki mogą wyginąć w obliczu zmian klimatycznych. Mamy tutaj do czynienia z potencjalnym czynnikiem pozwalającym przewidzieć szanse przetrwania gatunku. [...] Gatunki o szybszym metabolizmie są bardziej narażone na wyginięcie. To kolejne narzędzie w pracy naukowca. Zwiększa ono nasze rozumienie mechanizmów stojących za wyginięciami i pozwala lepiej przewidzieć ryzyko dla poszczególnych gatunków, dodaje Stortz.
      Wyższy metabolizm tym bardziej narażał gatunek na wyginięcie, im mniejszy habitat gatunek zajmował. Jeśli gatunek był rozprzestrzeniony po większym obszarze, tempo metabolizmu odgrywało mniejszą rolę. U szeroko rozpowszechnionych gatunków nie było widać tej samej zależności pomiędzy tempem metabolizmu a ryzykiem wyginięcia, co u gatunków zajmujących mniejsze obszary. Dystrybucja gatunku jest ważnym elementem ryzyka wyginięcia. Jeśli należysz do gatunku występującego na małym terenie i mającego szybki metabolizm, ryzyko wyginięcia jest bardzo duże, stwierdza uczony.
      Naukowcy odkryli też, że łączne tempo metabolizmu dla grup gatunków pozostaje stałe, nawet gdy jedne gatunki znikają, a inne się pojawiają. Jeśli popatrzymy na wszystkie grupy gatunków i na wszystkie gatunki w danej grupie, to średnie tempo metabolizmu pozostaje niezmienne. [...] To była niespodzianka. Można było się spodziewać, że w miarę upływu czasu średni poziom metabolizmu gatunków będzie się zmieniał. Tymczasem na przestrzeni milionów lat pozostaje on taki sam, pomimo tego, że wiele gatunków wyginęło.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Gdy zdrowa, ale nieaktywna osoba zacznie się ruszać, błyskawicznie zmienia się ekspresja genów w mięśniach szkieletowych. Naukowcy z Karolinska Institutet podkreślają, że to kwestia minut i wystarczy godzina ćwiczeń, by wzrosła aktywność genów wspomagających rozkład tłuszczów (Cell Metabolism).
      Nasze mięśnie są naprawdę plastyczne - twierdzi prof. Juleen Zierath. Szwedzi wykazali, że w DNA pobranym z mięśni szkieletowych ludzi, którzy właśnie ćwiczyli, jest mniej grup metylowych niż przed ćwiczeniami. Zmiany zachodzą w obrębie pasm DNA stanowiących "lądowisko" dla czynników transkrypcyjnych, które biorą udział we włączaniu genów odpowiedzialnych za adaptację mięśni do aktywności fizycznej.
      Badając zmiany epigenetyczne zachodzące wskutek forsownych ćwiczeń, Zierath, Romain Barrès i inni wykonali biopsje mięśnia udowego 8 mężczyzn, którzy prowadzili raczej siedzący tryb życia. Okazało się, że grupa metylowa zniknęła z kilku genów zaangażowanych w metabolizm tłuszczów. Demetylacja pozwalała na produkcję większej ilości białek.
      Zespół uważa, że za zaobserwowane zjawisko może odpowiadać uwalnianie jonów wapnia przez retikulum endoplazmatyczne komórek mięśniowych (ER zachowuje się tak pod wpływem potencjału czynnościowego, tutaj wywołanego ćwiczeniami). Kiedy pobrane próbki wystawiono na oddziaływanie kofeiny, która zwiększa poziom wapnia w mięśniach, także zaszła demetylacja. Zierath nie zaleca jednak zastępowania ruchu filiżanką kawy, bo mała czarna nie zapewnia pozostałych korzyści wynikających z ćwiczenia.
      Od jakiegoś czasu wiadomo, że ćwiczenia wywołują w mięśniach zmiany, w tym nasilenie metabolizmu cukrów i tłuszczów. My odkryliśmy, że najpierw zachodzą zmiany w metylacji. Co ciekawe, kiedy w laboratorium doprowadzano do skurczów mięśni, zachodziły identyczne zmiany epigenetyczne.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...