Jak fungují svaly a síla na buněčné úrovni

Sval se dokáže aktivně jen smrštit, nikdy se sám neprodlouží. Natažení svalu vždy zajišťuje jiný sval na opačné straně končetiny, který se v tu chvíli smrští. Pohyb tak vzniká souhrou dvou skupin svalů, kdy jedna povoluje a druhá se zatíná. Základní stavební jednotkou svalu jsou dlouhé, tenké svalové buňky, které si lze představit jako jednotlivé vlasy v copu.

Uvnitř svalové buňky stahování zajišťují bílkoviny aktin a myozin. Aktin tvoří dlouhá vlákna, na která jsou napojené myozinové hlavičky. Ty se do aktinového vlákna zakousnou, spotřebují ATP a změní tvar, čímž se ohnou. Miliony takto koordinovaně se ohýbajících hlaviček na aktinovém vlákně způsobí stažení celé svalové buňky, což se navenek projeví jako pohyb.

Sílu stahu neřídí množství ATP v buňce, ale signál z mozku přes nervový systém. ATP se v buňce spotřebovává průběžně podle potřeby a vědomě ho tam nelze poslat víc. Co ovlivnit lze, je aktivace svalu prostřednictvím nervových signálů z mozku a míchy. Dlouhodobá nečinnost, například ruka v sádře, ukazuje, že se schopnost efektivně sval ovládat může zhoršit.

Motorická jednotka je skupina svalových vláken ovládaná jedním motorickým neuronem. Jakmile se motorická jednotka aktivuje, všechna k ní připojená svalová vlákna se stáhnou naplno. Jednotky s malým počtem vláken (low threshold) zajišťují jemné, každodenní pohyby a stačí jim slabý signál. Jednotky s velkým počtem vláken (high threshold) jsou energeticky náročné a tělo je aktivuje jen při potřebě maximální síly.

Velké silové motorické jednotky bez pravidelného zatížení odumírají podle principu use it or lose it. Svalová vlákna přitom nezmizí, ale přepojí se na jiné, slabší neurony s nižším prahem aktivace. Tím vlákna změní svou charakteristiku a sval ztratí schopnost vyvinout maximální sílu, i když zůstane funkční pro běžné pohyby. Poměr rychlých a pomalých vláken je navíc pro každý sval jiný a je daný geneticky, například lýtkové svaly mají přirozeně víc pomalých, metabolicky úspornějších vláken.

Maximální silový potenciál se s věkem snižuje zhruba od 35 let, ale zlepšovat se dá v každém věku. I osmdesátiletý člověk může být silnější než jednadvacetiletý, pokud dlouhodobě trénoval, zatímco mladý člověk svaly zanedbával. Pravidelné vystavování svalů maximální zátěži pomáhá udržet velké motorické jednotky funkční déle. Kromě maximální síly existují u svalu i další vlastnosti, jako je svalová výdrž, metabolická efektivita a výbušnost (power), které stárnou různou rychlostí.