Energie v lidském těle – proč, kolik a odkud?

1. Jak se přeměňuje v lidském těle potrava?

Člověk přijímá v potravě látky, které jsou v průběhu procesu trávení rozkládány na jednodušší látky (monosacharidy, aminokyseliny, mastné kyseliny aj.). Ty mohou dále sloužit buď jako stavební jednotky pro výstavbu nových sloučenin, nebo mohou být v těle dále odbourávány až na oxid uhličitý, vodu a ostatní odpadní látky.

Energie v lidském těle – proč, kolik a odkud? Obr. 1: Schéma odbourávání látek přijatých v potravě.

2. Proč člověk vylučuje odpadní látky?

Je tomu tak proto, že lidské tělo je dynamickým systémem. Dochází v něm k neustálému obratu – některé buňky odumírají, jiné se musí nahrazovat.

3. V jaké formě se z těla vylučují prvky jako je uhlík, kyslík, vodík a dusík?

Uhlík, společně s kyslíkem, se vylučují ve formě oxidu uhličitého (CO2) v procesu dýchání (viz Dýchací řetězec). Vodík společně s kyslíkem se vylučují ve formě vody (H2O), kterou tělo může dále využívat, anebo ji z těla vyloučit.

Dusíkaté látky se v lidském těle využijí buď na syntézu jiných potřebných látek (např. na dusíkaté heterocyklické báze) nebo dochází k jejich odbourávání na amoniak (NH3), který je pro lidský organismus jedovatý.

V lidském těle je amoniak dále přeměňován na močovinu v močovinovém cyklu (viz Metabolismus bílkovin).

Energie v lidském těle – proč, kolik a odkud? Obr. 2: Vzorec močoviny.

4. Co je metabolismus?

Metabolismus je biochemická modifikace chemických sloučenin v buňkách a živých organismech. Jedná se o látkovou (látkový metabolismus) a energetickou (energetický metabolismus) výměnu, příjem a zpracování živin. Metabolismus v sobě zahrnuje přeměny produktů trávení (viz Trávení) na odpadní látky nebo výstavby nových, pro život důležitých sloučenin.

5. Co znamená pojem látkový metabolismus?

Látkový metabolismus zajišťuje stálý transport látek přes buněčnou membránu (viz Transport látek přes membrány), jejich rozklad, zisk stavebních látek či úplný rozklad na látky odpadní.

Látkový metabolismus zahrnuje dvě skupiny protichůdných procesů:

  • děje anabolické: tj. ta část metabolismu, při níž se vytvářejí chemicky složitější látky (např. z aminokyselin vznikají bílkoviny); tyto reakce obvykle využívají určitou část energie, neboť se jedná především o reakce endergonické;
  • děje katabolické: tj. ta část metabolismu, při níž jsou látky rozkládány na z chemického hlediska jednodušší látky (např. rozklad glukosy na vodu a oxid uhličitý); při těchto reakcí obvykle dochází k uvolnění energie, kterou tělo může využít pro reakce anabolické; jedná se především o reakce exergonické.

6. Co znamená pojem energetický metabolismus?

Energetický metabolismus zajišťuje uvolňování a spotřebu energie.

Rozkladem chemických sloučenin jako jsou bílkoviny, lipidy a sacharidy se uvolňuje určitá energie, kterou organismus využívá pro jiné reakce vyžadující energii (pro endergonické reakce).

Dalším způsobem využití energie je konání mechanické práce či uvolňování tepla, popřípadě jiná práce (osmotická práce – přenos látek založený na mechanismu aktivního transportu a elektrická práce – energie vynakládaná na bioelektrické jevy, např. šíření vzruchů).

Celkový energetický metabolismus se rovná součtu energie vydané (práce, teplo) a energie získané (z potravy).

7. Čím je ovlivněna rychlost metabolismu?

Regulace metabolismu se děje změnami enzymové aktivity. Protože prakticky všechny metabolické reakce jsou katalyzovány enzymy, jde o velmi účinný proces, který umožňuje, aby určité metabolické reakce probíhaly rychleji (zvýšení enzymové aktivity) nebo pomaleji (snížení enzymové aktivity).

Rychlost metabolismu celkově ovlivňují hormony, které koordinují funkce tkání a orgánů (viz Hormony). Hormony jsou produkovány určitými tkáněmi a vyplavovány do krevního oběhu. Krví se dostávají k cílovým orgánům a způsobují tam fyziologické změny, jako je např. řízení metabolických pochodů.

Produkce hormonů a činnost enzymů závisí na řadě faktorů jako je věk a pohlaví. Dále záleží na celkovém stavu organismu – jak fyzickém, tak psychickém.

Sami si můžeme všimnout, že při intenzivním cvičení (např. plavání) je náš tep značně rychlejší, též frekvence nádechu a výdechu.

Při stresu je metabolismus rovněž zvýšen, proto se u stresovaných lidí zvýší rychlost vylučování odpadních látek.

8. Co je bazální metabolismus?

Bazální metabolismus (BM) je přeměna látek probíhající za úplného tělesného i psychického klidu.

Hodnota bazálního metabolismu se dá změřit a ukazuje, kolik tělo spotřebuje energie za určitou časovou jednotku pro své základní pochody (dýchání, srdeční činnost, činnost lidských orgánů atd.).

Tab. 1. Příklady hodnot bazálního metabolismu.(citace Burnie)

BM v kJ/m2/h
čtrnáctiletý chlapec 184
čtyřicetileté žena 142

9. Co je pracovní metabolismus?

S každým výkonem organismu roste též energetická spotřeba, jenž se mění podle druhu činnosti a kolísá podle toho v širokých hranicích. Kromě termínu pracovní metabolismus se též používá termín celkový metabolismus.

10. Co je joule (J) a kalorie (cal)?

Jsou to jednotky energie, pro které platí vztah: 1 kcal = 4,184 kJ .(citace Voet 2006)

11. Jak využívá lidské tělo přebytečnou energii?

Při nadbytku energie (např. při větším příjmu potravy či nedostatku pohybu) musí tělo energii nějakým způsobem využít, aby se nepřehřálo. Energii organismus využije na tvorbu lipidů, které se ukládají do tukové tkáně, čímž může vzniknout nadváha (otylost).

Naopak při nedostatečném příjmu potravy, a tím i nedostatečném příjmu energie musí tělo energii někde získat. Nejdříve jsou použity rezervy glykogenu, které se vyčerpají během několika hodin. Při delším hladovění se organismus převážně orientuje na mastné kyseliny jako na dodavatele energie. Déletrvající hladovění může být příčinou podvýživy.

12. Kde uchovává organismus energii?

Je zřejmé, že živé organismy potřebují stále energii, kterou získávají rozkladem potravy. Tuto energii spotřebují na endergonické reakce.

Energii uchovávají v tzv. makroergických sloučeninách, jejichž rozkladem se získává velké množství energie. Typickým příkladem makroergické sloučeniny je tzv. adenosintrifosfát (ATP).

Energie v lidském těle – proč, kolik a odkud? Obr. 3: Vzorec ATP (adenosintrifosfát).

Adenosintrifosfát (ATP) Jak vzorec napovídá, skládá se ATP z ribosy a tří zbytků kyseliny trihydrogenfosforečné. Odtržením posledního zbytku kyseliny trihydrogenfosforečné vzniká adenosindifosfát (ADP) a anorganický fosfát (P, někdy též značeno jako Pi) za uvolnění energie:

Energie v lidském těle – proč, kolik a odkud? Obr. 4: Rozklad ATP na ADP a P za uvolnění energie.

Obr. 5: Anorganický fosfát (P) v závislosti na pH fyziologického roztoku.

Uvolněná energie se např. může spotřebovat na práci, kterou organismus vykonává (viz též Buňka).

Přebytečná energie z látkového metabolismu naopak umožňuje vznik ATP:

Energie v lidském těle – proč, kolik a odkud? Obr. 6: Syntéza ATP z ADP a P za spotřeby energie.

ATP patří mezi anhydridové makroergické sloučeniny. Vysoká hodnota energie této sloučeniny je dána elektrostatickými repulsemi mezi záporně nabitými kyslíkovými atomy.

Energie v lidském těle – proč, kolik a odkud? Obr. 7: Schéma přenosu energie v soustavě ADP-ATP.

13. Jak dochází k přenosu energie z živin do ATP?

Nejčastěji dochází k oxidační (aerobní) fosforylaci při níž je důležité, aby buňka byla dostatečně nasycená kyslíkem.

Přenos energie probíhá ve třech fázích:

1. fáze Vodík (H = H+ + e-) je přenášen ze substrátu na koenzymy dehydrogenas, což jsou nikotinamidadenindinukleotid (NAD+) a flavinadenindinukleotid (FAD) – viz Dýchací řetězec. Substrát se oxiduje (viz dále glykolýza – Metabolismus sacharidů a β-oxidace – Metabolismus lipidů).

NAD+ + 2H → NADH + H+

FAD + 2H → FADH2

Energie v lidském těle – proč, kolik a odkud? Obr. 8: Podstata biochemických oxidací.

2. a 3. fáze (více viz Dýchací řetězec) Elektrony z redukovaných koenzymů (NADH, FADH2) jsou přenášeny po sérii akceptorů v dýchacím řetězci až na molekulu kyslíku, kterou postupně redukují na oxidové ionty (O2- ). Oxidové ionty s protony z matrix reagují za vzniku molekuly vody a energie.

4 H+ + 4e- + O2 → 2H2O

Při přenosu elektronů vzniká energie, díky níž dochází k přečerpávání protonů z matrix mitochondrie i z redukovaných koenzymů (NADH, FADH2) do mezimembránového prostoru. Při přechodu protonů zpět do matrix vzniká energie, která pohání syntézu ATP z ADP a anorganického fosfátu.

ADP + P → ATP + H2O

Energie v lidském těle – proč, kolik a odkud?Energie v lidském těle – proč, kolik a odkud? Obr. 9 a 10: Zisk ATP (oxidační fosforylací). Vpravo je znázorněno celkové schéma aerobního odbourávání pyruvátu, vlevo je znázorněno schéma dýchacího řetězce.

Vedle oxidační fosforylace existuje substrátová fosforylace, při které dochází k přenosu fosfátové skupiny z makroergického meziproduktu metabolismu (M-P) na ADP. Rozpadem makroergického meziproduktu se uvolní dostatek energie pro realizaci endergonické fosforylace ADP anorganickým fosfátem.(citace Vodrážka)

M-P + ADP → ATP + H2O

Příklad substrátové fosforylace v průběhu glykolýzy viz (Metabolismus sacharidů):

Obr. 11: Syntéza ATP z ADP a P za spotřeby energie.

Limit lidské vytrvalosti? Vědci vypočítali, kolik ji můžeme získat z potravy | Věda

Říká se, že hranice výkonů ve sportu leží „v hlavě sportovce“. Nyní však vědci spočítali limit energie, kterou člověk dokáže získat z potravy. Ten jasně omezuje účastníky extrémních závodů, ale i hasiče nebo nastávající matky.

S maximálním nasazením uběhneme stometrový sprint, ale patnáct set metrů už musíme zdolávat pomalejším tempem. Ani světový rekordman nezajistí na této trati tělu dostatek energie nutné k pokrytí nároků sprintu.

Budete mít zájem:  Waardenburgův syndrom – příznaky, příčiny a léčba

Maraton je třeba běžet ještě opatrněji.

Kde leží hranice lidských možností při dlouhodobé vytrvalostní zátěži? Kolik energie je naše tělo schopné vydávat dnes a denně bez toho, že by organismu hrozilo vyčerpání?

Běh přes celou Ameriku

Americký antropolog Bryce Carlson z Purdueovy univerzity využil k výzkumu hranic lidských možností extrémní závod Race Across the USA se startem v kalifornské Huntington Beach a s cílem na opačné straně kontinentu ve Washingtonu. Tempem šesti maratonů týdně uběhnou vytrvalci za sto čtyřicet dní téměř pět tisíc kilometrů. Pro srovnání, trať letošního ročníku Tour de France měří 3460 kilometrů a cyklističtí profesionálové ji urazí za tři týdny.

Carlson běžecký závod napříč Spojenými státy organizuje a sám ho také v čase 510 hodin a 10 minut absolvoval. Při hledání hranic lidských možností se spojil s Hermanem Pontzerem z Dukeovy univerzity a jeho studentkou Caitlin Thurberovou.

Jejich tým nedávno zveřejnil výsledky výzkumu metabolismu účastníků závodu napříč Spojenými státy v periodiku Science Advances.

Vědci ve studii odhalují podstatu „metabolického stropu“, na který narazí každý, kdo své tělo nutí po delší dobu ke zvýšené námaze.

Strop pro dlouhodobý výkon

Caitlin Thurberová se domluvila s šesti účastníky Race Across the USA. Ti dostávali v předstihu k pití vodu s mírně radioaktivními atomy vodíku a kyslíku a Thurberové odevzdávali vzorky moči odebírané v týdnu před startem a během prvního i posledního týdne závodu. Z poměrů vyloučených izotopů dokázali Thurberová s Pontzerem určit množství energie, jaké těla běžců spalovala.

Na začátku závodu vydávali vytrvalci poměrně hodně energie. Jejich organismus však brzy ubral plyn a spotřeba energie se ustálila u všech na stejné hladině. Ta odpovídala dvouapůlnásobku energie, kterou spotřebovávalo tělo atletů v absolutním klidu.

Na konci závodu pálili atleti denně asi o 600 kilokalorií méně, než kolik potřebovali na obdobný výkon v prvních dnech závodu. Výzkumníci z toho usuzují, že lidské tělo umí snížit úroveň svého metabolismu, aby se snáz vypořádalo s dlouhodobou zátěží.

Výsledky studie postavily vědce před otázku, proč je člověk dlouhodobě s to podávat výkon právě na úrovni dvouapůlnásobku klidové spotřeby energie.

Energie v lidském těle – proč, kolik a odkud?

U zvířat je úroveň metabolismu do značné míry limitována schopností zbavovat se vznikajícího tepla. Pokud by to zvíře se spalováním energie přehnalo, hrozí mu přehřátí.

U člověka vybaveného účinným chladicím systémem v podobě kůže s potními žlázami však nepředstavuje teplo vznikající při námaze zásadní problém. Dokazují to analýzy výkonů podávaných v extrémních klimatických podmínkách.

Účastníci antarktických expedic táhnou saně s půltunovým nákladem a v mrazech nemají problém s chlazením organismu. Přesto nepálí víc energie než triatlonisté bojující s tropickým vedrem během klasického havajského závodu Ironman.

Pontzer a Thurberová došli k závěru, že limit pro dlouhodobě udržitelný vytrvalostní výkon vyplývá z množství energie, které člověk dokáže získat z potravy.

Závodníci by si však nepomohli k lepším výkonům, kdyby konzumovali více kaloricky vydatné stravy. Dokazují to měření lidí, kteří se systematicky přejídají. Těla těchto otesánků mají k dispozici nadbytek energie.

Přesto i pro ně platí při vytrvalostní zátěži limit dvouapůlnásobku klidové spotřeby energie.

Hranice trávicího systému

„Strop pro dlouhodobý fyzický výkon není dán tím, kolik potravy člověk dokáže spořádat či jak rychle ji do sebe nahází. Limit je dán tím, co je náš trávicí systém schopen vstřebat,“ vysvětluje Herman Pontzer.

Tento argument přijímá řada odborníků. Brent Ruby z Montanské univerzity konstatoval, že závěry Pontzera a Thurberové souhlasí s výsledky jeho vlastního výzkumu výdeje energie u profesionálních hasičů během týdenního hašení lesních požárů. Pokud hasiči udržovali nasazení vyžadující nejvýše dvouapůlnásobek klidové spotřeby energie, zvládali zátěž bez větších problémů.

U některých dobrovolníků však Ruby naměřil vyšší výdej a ti během hašení požárů prokazatelně hubnuli. Vydávali zjevně víc energie, než kolik jejich tělo dokázalo získat, a hrozilo jim vyčerpání.

Energie v lidském těle – proč, kolik a odkud?

Výkon jako v těhotenství

Zajímavé výsledky přineslo srovnání zátěže běžců ze závodu Race Across the USA se zátěží, jaké je dlouhodobě vystaven organismus těhotných žen. Také nastávající maminky spalují k pokrytí energetické spotřeby dvouapůlnásobek klidové spotřeby energie. To staví vědce před zajímavé evoluční dilema.

Člověk je v porovnání se svými nejbližšími zvířecími příbuznými – šimpanzi a gorilami – extrémní vytrvalec. Dokáže běžet bez odpočinku dlouhé hodiny. Stejně úctyhodný výkon však představuje i těhotenství, během kterého matka zajistí růst embrya a plodu. Také ji přitom limituje množství energie, které vstřebá v trávicím traktu.

Otevřela evoluce našim dávným předkům vytrvalostí při běhu rovněž možnost plodit větší děti nebo větší počet dětí bez toho, že by matku nároky na energii fatálně vyčerpaly? Anebo tomu bylo naopak a předkům člověka nejprve evoluce zajistila vydatný přísun energie pro dítě vyvíjející se v těle matky a ti ho teprve následně zužitkovali k běžecké vytrvalosti?

„Nevíme,“ přiznává Herman Pontzer. „Vůbec jsme netušili, že tyhle dvě naprosto odlišné činnosti spolu nějak souvisejí.“

Energie v lidském těle – proč, kolik a odkud?

Energie – jak získává lidské tělo energii během běhu

Jste, to co jíte, ale energii získáváte podle toho, jak běháte. Energie pro své tělo získáváme ze stravy, která se v trávicím ústrojí prostřednictvím komplexních metabolických procesů (metabolismu) postupně přeměňuje na chemickou energii. Tyto procesy potřebují ke svému fungování kyslík. Kyslík je do lidského těla transportován nejprve dýchacím systémem – ústní dutina (většinou), nosní dutiny (lepší), průdušky, plíce, odtud do krve a jejím prostřednictvím cévním systémem do celého těla.

Tento článek vyšel na Běžecké škole 18.7.2016

Rychlá navigace [zobrazit]

Obsah [skrýt]

Jedním z  produktů metabolických procesů za přispění kyslíku je glykogen, jehož energií jsou poháněny naše svaly. Dalšími produkty jsou laktát (kyselina mléčná), oxid uhličitý a voda.

Prostřednictvím metabolizmu je potrava, kterou přijímáme, postupně přeměněna na glukózu, která je primárním energetickým zdrojem – palivem lidského těla.

Glukóza je transportována ke každé buňce našeho těla. Uvnitř buňky je glukóza odbourávána a při tomto procesu se vytváří adenozitrifosfát (ATP), oxid uhličitý a voda. Pro tento proces je zapotřebí kyslík (aerobní systém).

ATP je energie potřebná pro pohyb běžce. Oxid uhličitý a voda se z těla dostávají dýcháním a pocením.

Energetická výkonnost těla

Je schopnost anaerobního a aerobního energetického systému využít energetický potenciál lidského těla uložený ve svalech, v játrech a v každé buňce. Postupně jak se zvyšuje fyzická kondice (zdatnost) je tělo schopno lépe přeměňovat energii uskladněnou ve formě glykogenu a tuků na ATP a ten pak efektivně využít uvnitř buněk.

Na začátku běhu nebo při jeho velké intenzitě tělo jede na anaerobní systém (bez přístupu kyslíku), dodávka paliva (krevního glykogenu) pro tento proces je však velmi omezena.

Nechceme-li se dostat do energetického dluhu – vyčerpání, musíme tělu poskytnout dostatečný přísun kyslíku, aby mohlo spustit druhý systém – aerobní.

Aerobní systém se spouští již za mírné intenzity pohybu (rozklusání, rozejití, rozcvičení) kdy nastává rovnováha mezi přísunem kyslíku a výdejem oxidu uhličitého.

Pokud tělo po zahřátí ženeme do vyšších obrátek, musí si zabezpečit přísun energie opět pomocí anaerobního systému. Doba, po kterou je však tělo schopno čerpat energii z tohoto systému, je časově omezena. Záleží na intenzitě, jakou běžíme a na stavu (množství) našich energetických zásob (glykogen a tuk).

ATP- creatinfosfátový systém a anaerobně glykolytický systém jsou dalšími energetickými systémy lidského těla. Oba tyto systémy jsou anaerobní.

ATP

Adenozintrifosfát (ATP) je jediným možným zdrojem energie pro svalové buňky, pro výstavbu nových tkání, transport minerálů a odpadních látek v těle. Když tělo potřebuje okamžitý přísun energie pro rychlostní nebo silové pohyby, používá výlučně zásob ATP uložených v buňkách.

ATP se slučuje s CP (creatinfosfát), přičemž vzniká velké množství energie. Tělesné buňky však mohou skladovat pouze 80 – 100 gramů ATP, což postačí tělu tak na 1 minutu chůze nebo 5 – 6 vteřin sprintu.

Jakmile jsou zásoby ATP a CP vyčerpány, začíná se ve svalech jako vedlejší produkt rozpadu ATP hromadit kyselina mléčná (laktát). Tím zahajuje činnost anaerobní systém.

Anaerobně glykolytický systém

Ve chvíli, kdy dojdou našim buňkám zásoby ATP, nastartovává se anaerobní glykolýza, která má za úkol doplnit vyčerpané zásoby ATP. Zdrojem pro tento proces jsou cukry. Jejich zásoby jsou uloženy ve svalech a v játrech ve formě glykogenu nebo glukózy v krevním oběhu.

Glykolýza

Je chemický proces, při kterém se glykogen postupně odbourává na glukózu. Anaerobní glykolýza znamená, že se glykogen štěpí na glukózu bez přístupu kyslíku. Tento proces pracuje souběžně s procesem aerobním. Anaerobní glykolýza není zrovna efektivní způsob získávání energie. Jejím výsledkem jsou pouze dvě molekuly ATP, zatímco při aerobním procesu vznikne 38 molekul ATP.

Budete mít zájem:  Sladidlo erythritol (e968) – jeho účinky a vliv na zdraví

Anaerobně glykolytickým systémem získáme energii zhruba na 60 – 80 vteřin intenzivní svalové činnosti (než stačíme vyšplhat před lvem na strom). Limitujícím faktorem při anaerobní glykolýze nejsou zásoby glykogenu nebo glukózy, ale hromadění kyseliny mléčné ve svalech.

Kyselina mléčná – laktát

Vzrůst hladiny kyseliny mléčné ve svalech zabraňuje vytváření ATP, snižuje svalovou sílu a zhoršuje koordinaci. Je také zdrojem fyzické a psychické únavy. Naproti tomu ale není, i když se za ní považuje, zodpovědná za bolest ve svalech po skončení běhu nebo cvičení.

Cíleným tréninkem v aerobní zóně můžeme dosáhnout zpomalení tvorby kyseliny mléčné a tréninkem anaerobního glykolytického systému dřívější odbourání laktátu ze svalů a z krve (rozklusání – rozcvičení na začátku tréninku resp. vyklusání – protažení na konci tréninku).

Kyselina mléčná není jen odpadním produktem naší látkové výměny, i když její velká část je poměrně rychle odstraněna ze svalů krví, ale je též naším tělem využita jako zdroj energie v aerobním systému.

Proč je potřeba se po vlastním tréninku vyklusat, vychodit – uvolnit aerobním cvičením?

Lehkým aerobním cvičením, mezi které lze zařadit i vyklusání či vychození po intenzivnějším tréninku – tréninku, při němž se naše TF max pohybuje nad 65 % – se stimuluje náš krevní oběh a tím se kyselina mléčná rychleji odstraňuje ze svalů. Tuto fázi tréninku byste tedy neměli, stejně jako fázi rozcvičení – rozklusání, nikdy vynechat.

Při vysoké intenzitě běhu tělo produkuje více kyseliny mléčné, než je schopno odbourávat. Její hladina v krvi potom stoupá. Bod (stupeň zatížení), ve kterém hladina kyseliny mléčné začne prudce stoupat, se nazývá laktátový (anaerobní) práh.

Laktátový práh máme na úrovni 80 % TF max . Trénovaný člověk na něj leze pomalu, netrénovaný se na něj dostane dřív než řekne švec, tak na to myslete, protože ztratit fyzickou kondici můžete rychle, ale nabrat trvá dlouho.

Hodnoť článek

5 z 5 hvězd líbí se mi (69 hodnocení)

Energie v lidském těle – proč, kolik a odkud?

Sem z toho zmatený, ale znamená to že když se nebudu před a po tréningu protahovat pořádně a pomáhat odbourávat laktát, tak se mi zhorší fyzická kondice?

Uf, snad z toho brzo nebude písemka. 🙂 Jinak nerozumím tomuto: ‚Jakmile jsou zásoby ATP a CP vyčerpány, začíná se ve svalech jako vedlejší produkt rozpadu ATP hromadit kyselina mléčná (laktát). Tím zahajuje činnost aerobní systém.‘ Nezahajuje tímto činnost právě anaerobní systém?

Vědci koketují s novým zdrojem energie. S lidským tělem

Světlo v ulicích Tokia o Vánocích 2012 vyráběli chodci. Foto: Profimedia.cz

Inženýr Aidin Delnavaz si přilepil na tvář od ucha k bradě tenkou pásku, od níž vedl drátek k wattmetru. Pak si strčil do pusy žvýkačku a chvilku žvýkal. Jeho kolega Jeremie Voix zatím pečlivě sledoval ručičku přístroje. Za minutu se ustálila. „Osmnáct, vyrobil jsi energii o výkonu osmnáct mikrowattů,“ oznámil Voix výsledek.

Tak nějak mohl probíhat v laboratoři montrealské École de Technologie Supérieure jednoduchý pokus, jímž vědci chtěli ověřit možný způsob, jak vyřešit potřebu dobíjení baterií v energeticky nenáročném přístroji, konkrétně v naslouchadle.

KOMENTÁŘ DNE:
Energie v lidském těle – proč, kolik a odkud? Lyžařské Nagano –  Nedá se nic dělat, dnešní komentář musí být sportovní, protože jedna mladá dáma přepsala lyžařské dějiny země. Čtěte zde >>

Svůj experiment popsali Delnavaz a Voix v časopise Smart Materials and Structures. Ona páska využívala piezoelektrický jev – schopnost některých materiálů vyrábět elektrický proud při stlačení či natažení.

Prototyp, který měl na bradě inženýr Delnavaz, svým výkonem stačil pokrýt jen dvacetinu toho, co by bylo třeba k nabití baterie pro naslouchací přístroj.

Ovšem je to jen začátek procesu, na jehož konci by mohla být zařízení schopná takovéto menší přístroje zásobovat energií bez potřeby výměny či dobíjení baterií.

Experimentální zařízení, umožňuje hluchým lidem slyšet – impulsy z implantátu v uchu vedou elektrody do sluchového centra v mozku.

Foto: Profimedia.cz

„Prošli jsme všechny možnosti, jak potřebnou energii získat z dostupných zdrojů na hlavě,“ vysvětlil Voix. Dvojice vědců zkoumala přirozené teplo ve zvukovodu a bezděčné pohyby hlavy, krku a ramenou. To proto, aby velení proudu k naslouchadlu či kochleárnímu implantátu bylo co nejkratší, a omezilo tak ztráty.

„Nejúčinnější se ale ukázala dolní čelist s bradou. Díky jejím pohybům při mluvení a žvýkání je možné ,sklidit‘ spoustu energie, a tak jsme se rozhodli ji zapřáhnout,“ řekl.

„Výkon piezopásky je možné naprosto jednoduše zvýšit její multiplikací. Při dvaceti vrstvách se dostaneme na tloušťku pásky šest milimetrů a výkon 200 mikrowattů, což dodá dost energie pro inteligentní přístroj na zesílení zvuku nebo ochranu sluchu,“ dodal.

Elektronika na helmě amerického vojáka v Afghánistánu vyžaduje těžké baterie.

Foto: Profimedia.cz

Delnavaz nosil prototyp mnohavrstevné pásky „dlouhé hodiny“ a necítil žádné omezení, které by komplikovalo ať už žvýkání, nebo mluvení. „Není zapotřebí tuhá páska, náš prototyp byl dost flexibilní,“ řekl Delnavaz. Za den byl vynález schopen poskytnout energetický výkon až 580 joulů, ten je ale možné zvýšit použitím efektivnějších materiálů.

„Denně jezdím do ústavu na kole a beru si samozřejmě cyklistickou helmu,“ poznamenal Voix. „Určitě by to stačilo k dobití třeba bluetoothového adaptéru.“ Vědci v závěru článku uvedli, že jim šlo jen o potvrzení koncepce sběru energie vyprodukované pohyby v oblasti hlavy.

Po této možnosti výroby energie nepochybně sáhne i armáda.

Domnívají se, že využití je možné v situacích, kdy člověk z jiných důvodů má na bradě pásek, například dělníci na stavbě či obsluha těžkých strojů, kde je předepsaná ochranná helma a chrániče sluchu. Pokud bude další výzkum slibný, po této možnosti výroby energie nepochybně sáhne i armáda, kde se helma s integrovaným komunikačním zařízením stala nezbytným základním vybavením.

„Lze tak uvažovat o dostatečném výkonu pro kochleární implantát, ale k dobití mobilu to asi stačit nebude,“ uvedl v doprovodném článku Steve Beeby z univerzity v Southamptonu.

Otázka využití energie vyráběné pohybem lidského těla je předmětem zkoumání už delší dobu. Motivem není ani tak dobíjení mobilů jako bezproblémové fungování zařízení, které může rozhodnout o životě a smrti.

Profesor Beeby se snaží najít postupy, jak do oblečení přidat látky, které by přeměňovaly tepelnou energii vyzařovanou pokožkou nebo využívaly se stejným cílem pohyb údů.

Jeho vizí je například vesta dodávající elektřinu lékařským senzorům, monitorujícím krevní tlak nebo další zdravotní ukazatele. Naměřené údaje se pak už snadno dají vyslat éterem třeba do ordinace lékaře.

Takový systém by umožnil nejen okamžitý zásah v případě ohrožení zdraví, ale ušetřil by i náklady všeobecného zdravotnictví – řada návštěv v ambulanci by mohla odpadnout.

„Idea vychází z toho, že energie vytvářená běžnou chůzí či jiným pohybem, prováděným z libovolného důvodu, se v normální situaci vytrácí, například teplem. Jde o to ji zachytit a využít pro pohon elektroniky. A když budete v klidu, přístroje se přepnou na spánkový mód,“ vylíčil Beeby své výzkumy před -loni v relaci BBC.

Problém má dvě stránky působící proti sobě. Jedna věc je získání energie, její odčerpání a převod na využitelný proud. Tady je prioritou intenzita pohybu – čím víc se hýbáte, tím víc energie se dá sejmout. Jenže druhá stránka věci jde proti. „Oblečení se navrhuje tak, aby bylo pohodlné, ne aby pohyb ztěžovalo,“ připomenul Beeby.

Baterie kardiostimulátoru je třeba po několika letech vyměnit – s elektřinou vyráběnou pulsováním srdce by to nebylo nutné.

Foto: Profimedia.cz

„Odebírání energie by tedy mělo být situováno do míst, která se pohybují při většině činností, kde tělo musí vynakládat poměrně velké síly – například v nohou,“ poznamenal. „Na použití tkanin zajišťujících nejefektivnější odběr energie se tak nabízejí například ponožky nebo boty,“ dodal.

Revolučnějším zdrojem energie pro elektroniku může být samo tělo. Možnostmi využití krve, kolující v cévním systému, nebo pohybu vnitřních orgánů se zabývá southamptonský kardiochirurg Paul Roberts.

„Zkuste si přiložit dlaň na hrudník a ucítíte pravidelné údery srdce. Když při operaci držím pulsující srdce v dlaních a chtěl bych ho umlčet, jakkoli silný stisk tento orgán nezastaví – a to je v klidu, ne-li v oslabení,“ vyprávěl lékař ve stejném pořadu britské televize.

Roberts navrhl kardiostimulátor, který nepotřebuje výměnu baterií, protože energii si vyrábí sám. Obsahuje „obrácený“ elektromagnet – stahy srdečních komor pohybují jádrem v cívce, čímž vzniká slabý elektrický proud.

Z laického pohledu by se mohlo zdát, že nutit nemocné srdce k práci „navíc“ je riskantní záležitostí, ale kardiochirurg takové obavy vyvrátil. „Množství energie, kterou bychom mohli z úderů srdce odčerpat, se pohybuje kolem jednoho procenta. To je i pro velmi problémové srdce zanedbatelné zatížení, které se na jeho činnosti nemůže projevit,“ vysvětlil.

I tady je problém teoreticky vyřešený, ale v experimentech se zatím nepodařilo vyrobit dostatečné množství energie. Robertsův kardiostimulátor zatím produkuje 17 procent potřebné energie, a „věčný“ pacemaker je tedy stále v nedohlednu.

Budete mít zájem:  Reaktivní artritida – příznaky, příčiny a léčba

Prozaičtějším směrem probíhá výzkum na univerzitě v Cranfieldu, která je mezi britskými vysokými školami jedinečná svou orientací na vojenství. Alice Danielsová tam vyvíjí jakousi kolenní konzoli, která by vyráběla proud pro komunikační elektroniku vojáka.

„Chudák voják je dnes doslova ověšen přístroji, jejichž chod vyžaduje bateriový zdroj,“ řekla Danielsová. Přístroje potřebují, protože jim ulehčují jejich poslání a zvyšují jejich bezpečnost, ale těžké baterie je omezují v pohyblivosti,“ poznamenala. „Chci jim dát něco, co by je neomezilo v možnostech a ještě jim ulehčilo pohyb – autonomní systém.“

Vedle kolenní konzole, efektivní při chůzi, na univerzitě zkoušejí i generátor elektřiny jako součást torny či ruksaku, fungující na obdobném principu jako „samonatahovací“ hodinky. Třetím výzkumným programem je použití piezoelektrického materiálu na osobní výstroji vojáka.

Ekologické souvislosti možností výroby energie prostřednictvím vlastního těla jsou v centru výzkumu na londýnské Imperial College. Tamní vědci vidí šance na obrovskou úsporu energie ve veřejných objektech využitím informací od jednotlivců, kteří se tam v reálném čase pohybují.

„Energetická spotřeba osvětlení, topení a klimatizace ve velkých budovách by mohla být operativně upravována, kdyby systém vycházel z reálného stavu přítomných,“ soudí profesor Eric Yeatman. Pracuje na systému propojení osobních autonomních senzorů a centrálního řízení objektu.

„Představme si, že každý z lidí, kteří se pohybují ve velké administrativní budově nebo v průmyslovém podniku, bude mít v oděvu zabudovaný monitorovací systém, poháněný energií vyráběnou tím, jak se pohybuje.

Kdyby se tento systém propojil s centrem, schopným informace od jednotlivců správně interpretovat, mohla by se například ušetřit energie na osvětlení prázdných chodeb, na vytápění prostorů dostatečně zahřívaných teplem vyzařovaným přítomnými osobami,“ vysvětlil Yaetman svou představu inteligentního prostředí, reagujícího na okamžitou situaci.

„To zajímavé na celé věci je skutečnost, že dokážeme-li správně využít informace získané za mikrowatty, můžeme v globálním pohledu ušetřit megawatty,“ shrnul.

Své o tom vědí energetici v Tokiu. Tisíce lidí, kteří o vánočních svátcích v roce 2012 šlapali po chodnících japonské metropole, nevědomky vyráběli elektřinu potřebnou pro slavnostní osvětlení města. Energetici totiž instalovali do dlažby piezoelektrické panely. Při každém šlápnutí dodaly do systému malé množství energie, ale v součtu to stačilo na všechnu zářící a blikající nádheru.

Dejte redakci i ostatním čtenářům vědět, jaký obsah stojí za přečtení.

Články s nejvyšším počtem Líbí se se budou častěji zobrazovat na hlavní stránce Seznamu a přečte si je více lidí. Nikomu tak neuniknou zajímavé zprávy.

Hlavní zprávy

Tradiční medicína nelže. Energetický systém v lidském těle existuje

Západní medicína běžně uznává pouze ty systémy v lidském organismu, které jsou fyzicky hmatatelné.

Avšak některé východní kultury věděly o kompletně odlišné tělesné soustavě už před více než 2 000 lety a používaly ji jako základ pro pochopení lidské biologie, stejně jako k léčbě nemocí.

Tato soustava je podle nich složena z energetických drah, které byly v Thajsku nazývány ‚sen‘, v Indii ‚nádí‘ a v Číně a Japonsku ‚meridiány‘ či ‚kanály‘. K těmto ‚starověkým soustavám‘ se obloukem vrací i moderní věda.

V Indii, kde se vyvinulo během let mnoho léčitelských směrů, se říkalo, že takovýchto kanálů je v každém organismu několik desítek tisíc, a mnoho léčitelských tradic jako například akupunktura, akupresura, masáže a jóga jsou na jejich existenci založeny. Západní medicína zatím tento systém oficiálně neuznává, nejnovější výzkumy to však možná už brzy změní, píše léčitel a naturopat Case Adams pro server Heal Naturally.

Nové objevy

Už v roce 1962 popsal korejský vědec a lékař Kim Bong-han důkazy existence systému, který pojmenoval jako primo-vaskulární, a prohlásil, že odpovídá meridiánům z tradiční čínské medicíny. Kim zemřel v roce 1966.

Jeho práce byla z větší části ignorována, a to až do roku 2002, kdy se k výzkumu vrátil tým vědců ze Soulské národní univerzity v čele s Byung-Cheon Leem, avšak již za pomoci moderního vybavení.

 Stejně jako doktor Kim i tito vědci zjistili, že vlákna soustavy meridiánů prochází lymfatickým systémem, vnitřními orgány i tukovými tkáněmi.

Podle tradiční čínské medicíny nezbytné, aby byly tyto kanály energeticky v rovnováze, k čemuž může pomoci například jóga či meditace.

S moderním přístupem k výzkumu byly také vyvinuty nové technologie, které umožnily meridiány lépe pozorovat. Bylo zjištěno, že jsou v těle přítomny ve formě miniaturních vláken, která mohli vědci sledovat díky speciálnímu barvivu s názvem trypanová modř vpravenému do akupunkturních bodů. Od té doby byl tento energetický systém pozorován u myší, psů, prasat, krav i lidí…

Meridiány a zdraví

Meridiány jsou v podstatě sítí kanálů v těle, jimiž proudí energie, které obecně nazýváme životní silou neboli čchi. Tyto kanály si můžeme představit jako ‚energetické stezky‘, které vnáší život do všech našich vnitřních orgánů a končetin.

Energie v lidském těle – proč, kolik a odkud?

Podle tradiční čínské medicíny existuje 12 základních párových meridiánů a dva jednotlivé. Meridiány se dělí na jinové a jangové, přičemž ty první vedou energii zdola nahoru, ty druhé naopak a každý z nich je nejaktivnější v určitý čas během dne.

Pokud se jeden z kanálů zablokuje, tok energie se zastaví a vznikají různé zdravotní problémy, včetně těch psychických.

Pro dobré zdraví je podle tradiční čínské medicíny nezbytné, aby byly tyto kanály energeticky v rovnováze, k čemuž může pomoci například jóga či meditace.

Pokud se jeden z nich zablokuje, tok energie se zastaví a vznikají různé zdravotní problémy, včetně těch psychických. Nejčastěji mohou být způsobeny strachem, zklamáním, napětím, šokem, negativními vlivy na člověka z okolí a podobně.

K odstranění těchto bloků byly vyvinuty různé metody, mezi nimi například již zmiňovaná akupunktura.

Výzkumy dokazující existenci meridiánů už částečně rozvířily medicínské vody. A stejně jako akupunkturní jehličky mohou být dobrou stimulací, která odblokuje západní vnímání lidského organismu a přinese nové, komplexnější lékařské přístupy.

foto: Shutterstock, zdroj: Heal Naturally

Lidské tělo jako baterie

V kultovním snímku Matrix tvůrci představili pochmurnou budoucnost, ve které jsou lidé pěstováni jako zdroj elektrické energie pro inteligentní stroje. Může se z člověka skutečně stát baterka? Podle nejnovějších poznatků překvapivě ano!

Lidské tělo v klidu produkuje výkon asi 100 wattů. Když člověk trochu zabere, může se dostat až ke 400 wattům. Ti nejlepší sportovci pak dokáží krátkodobě vyvinout až 2000 wattů. Pro představu, to je zhruba jako výkon varné konvice.

Většinu energie v lidském těle spotřebují srdce, mozek, svaly a udržování tělesné teploty. Právě teplo a pohyb jsou ideální způsoby, jak tělesnou energii přeměňovat na elektřinu a dál využívat. Vědecké týmy po celém světě dnes pracují na způsobech, jak energii vyráběnou lidským tělem přeměňovat na elektřinu.

Například malá začínající americká společnost Perpetua Power vyvinula speciální čip, který dokáže přeměnit lidské teplo v elektrickou energii. Čip lze jednoduše zabudovat například do tzv. funkčního prádla nebo do poslední dobou stále oblíbenějších fitness náramků.

Právě malá zařízení jako tyto chytré náramky může čip zásobovat energií. Případně jiné podobné senzory sloužící například k lékařským účelům. V nemocnici budoucnosti tak budou pacienti vybaveni nejen zařízením, které bude sledovat jejich vitální funkce, ale i energií potřebnou k jejich zásobování. Nebudou tak muset být připojeni „ke zdroji“.

Dalším způsobem, jak zachycovat energii lidského těla, je pohyb svalů. Nejčastěji se tak děje za pomoci piezoelektrických generátorů, které dokáží přeměnit i ten nejmenší pohyb v elektřinu. Tyto měniče je možné zabudovat do oblečení, obuvi a dalších předmětů každodenní potřeby.

Na univerzitě v Southamptonu dokonce přišli s nápadem využít pro výrobu elektřiny přímo lidské srdce. Kardiolog Paul Roberts vytvořil jednoduchý systém, kdy je přímo do srdce operativně vložen speciální balónek. 

Ten se s každým stahem srdce smršťuje a opět nafukuje, přičemž cívka a magnet uvnitř takto vyrábí energii. Ta se využívá pro pohon pacientova kardiostimulátoru. Problém je, že takový systém zatím dokáže vyrobit pouze asi pětinu potřebné energie.

Na vývoji obdobných zařízení, která získávají energii přímo z lidského těla, má pochopitelně zájem také armáda. Dnešní vojáci s sebou musí přenášet těžké a objemné baterie, které zásobují jejich vybavení potřebnou energií. Kdyby ji dokázali získat ze svého těla, zlepšily by se tím jejich bojové možnosti.

Diskuze

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *