Молекулярна карта всього тіла пояснює, чому вправи такі корисні для вас

Фізичні вправи – це не лише збільшення м’язової сили, покращення здоров’я серця та зниження рівня цукру в крові; вони також пов’язані з низкою інших переваг для здоров’я. Але як регулярний біг на біговій доріжці, крутий велосипедний маршрут або швидка прогулянка в обідню перерву дають такий запаморочливий спектр переваг для здоров’я?

Ми ближче до відповіді на це питання завдяки масштабному новому дослідженню, проведеному Стенфордською школою медицини. Дослідники провели майже 10 000 вимірювань на майже 20 типах тканин, щоб побачити вплив восьми тижнів фізичних вправ на витривалість на лабораторних щурах, навчених бігати на бігових доріжках розміром з гризуна.

Їхні висновки підкреслюють вражаючий вплив фізичних вправ на імунну систему, реакцію на стрес, вироблення енергії та метаболізм. Вони виявили значні зв'язки між фізичними вправами та молекулами й генами, які, як відомо, відіграють певну роль у розвитку різноманітних захворювань людини та відновленні тканин.

Це дослідження є одним із серії статей, опублікованих 1 травня членами міждисциплінарної дослідницької групи, покликаної закласти основу для розуміння – на рівні всього тіла та молекулярному рівні – того, як наші тканини та клітини реагують на фізичні вправи.

«Ми всі знаємо, що фізичні вправи корисні для нас», — каже професор патології, доктор філософії Стівен Монтгомері. «Але ми мало знаємо про молекулярні сигнали, які відбуваються по всьому тілу, коли люди тренуються, або про те, як вони можуть бути змінені під час тренувань. Наше дослідження — перше, яке розглядає молекулярні зміни в масштабах усього тіла, від білків до генів, метаболітів, жирів та вироблення енергії. Це найширше профілювання впливу фізичних вправ на сьогоднішній день, і воно створює важливу карту того, як вони змінюють організм».

Монтгомері, який також є професором генетики та біомедичної науки про дані, є старшим автором статті, опублікованої в журналі Nature.

Скоординований погляд на вправи

Дослідники, які беруть участь у дослідженні та інших одночасних публікаціях, є частиною національної групи під назвою Консорціум молекулярних перетворювачів фізичної активності, або MoTrPAC, організованої Національними інститутами охорони здоров'я. Ініціативу було започатковано у 2015 році для детального вивчення того, як фізичні вправи покращують здоров'я та запобігають захворюванням.

Команда Стенфордського медичного університету виконала значну частину важкої роботи, вивчаючи вплив восьми тижнів тренувань на витривалість на експресію генів (транскриптома), білків (протеома), жирів (ліпідома), метаболітів (метаболома), структуру хімічних міток, розміщених на ДНК (епігенома), імунну систему тощо.

Вони провели 9466 тестів на кількох тканинах щурів, яких навчили бігати на все більші дистанції, і порівняли результати з результатами щурів, які лінувалися у своїх клітках. Вони зосередилися на м'язах ніг, серці, печінці, нирках і білій жировій тканині (тип жиру, який накопичується зі збільшенням ваги); інші тканини включали легені, мозок і буру жирову тканину (більш метаболічно активний тип жиру, який допомагає спалювати калорії).

Поєднання численних аналізів та типів тканин дало результати, що нараховуються сотні тисяч для неепігенетичних змін та понад 2 мільйони окремих змін в епігеномі. Ці результати займатимуть вчених протягом багатьох років.

Хоча це дослідження в основному слугувало для створення бази даних для майбутнього аналізу, деякі цікаві результати вже з'явилися. По-перше, вони зазначили, що експресія 22 генів змінювалася під час фізичних вправ у всіх шести тканинах, на яких вони зосередилися.

Багато генів були задіяні в так званих шляхах теплового шоку, які стабілізують структуру білка, коли клітини піддаються стресу, включаючи зміни температури, інфекцію або ремоделювання тканин. Інші гени були задіяні в шляхах, що знижують кров'яний тиск і підвищують чутливість організму до інсуліну, що, своєю чергою, знижує рівень цукру в крові.

Дослідники також зазначили, що експресія кількох генів, пов'язаних з діабетом 2 типу, серцевими захворюваннями, ожирінням та захворюваннями нирок, була знижена у щурів, які займалися фізичними вправами, порівняно з їхніми однолітками, які вели малорухливий спосіб життя, що чітко вказує на зв'язок між їхнім дослідженням та здоров'ям людини.

Гендерні відмінності

Зрештою, вони виявили статеві відмінності в тому, як різні тканини самців і самок щурів реагували на фізичні вправи. Самці щурів втратили близько 5 відсотків жиру в організмі після восьми тижнів фізичних вправ, тоді як самки втратили не так багато жиру. (Однак вони зберегли свій початковий відсоток жиру в організмі, тоді як малорухливі самки набрали додаткові 4 відсотки жиру протягом дослідження.)

Але найбільша різниця полягала в експресії генів у надниркових залозах щурів. Через тиждень рівень генів, пов'язаних з виробленням стероїдних гормонів, таких як адреналін, та виробленням енергії, збільшився у самців щурів, але зменшився у самок.

Незважаючи на ці ранні, привабливі асоціації, дослідники застерігають, що наука про фізичні вправи далеко не завершена. Насправді, вона тільки починається. Але майбутнє виглядає багатообіцяючим.

«У довгостроковій перспективі малоймовірно, що ми знайдемо одне чарівне втручання, яке відтворить усе, що фізичні вправи можуть зробити для людини», — сказав Монтгомері. «Але ми можемо наблизитися до ідеї точних вправ — індивідуальних рекомендацій, заснованих на генетиці, статі, віку чи інших захворюваннях людини, для досягнення корисних реакцій для всього організму».