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

Вправи не тільки зміцнюють м’язи, покращують здоров’я серця та знижують рівень цукру в крові, але також приносять безліч інших переваг для здоров’я. Але як регулярний біг на біговій доріжці, підйом на крутий пагорб на велосипеді чи швидка ходьба в обідню перерву приносять такий запаморочливий набір переваг для здоров’я?

Ми наблизилися до відповіді на це запитання завдяки новому масштабному дослідженню, проведеному Стенфордською медичною школою. Дослідники провели майже 10 000 вимірювань у майже 20 типах тканин, щоб дослідити вплив восьми тижнів тренувань на витривалість у лабораторних щурів, навчених бігати на бігових доріжках розміром з гризуна.

Їхні висновки підкреслюють драматичний вплив фізичних вправ на імунну систему, реакцію на стрес, виробництво енергії та метаболізм. Вони виявили значний зв’язок між фізичними вправами, молекулами та генами, про які вже відомо, що вони відіграють роль у різноманітних захворюваннях людини та відновленні тканин.

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

«Ми всі знаємо, що фізичні вправи корисні для нас», — каже професор патології Стівен Монтгомері, доктор філософії. «Але ми мало знаємо про молекулярні сигнали, які виникають у всьому тілі під час фізичних вправ, або про те, як вони можуть змінюватися під час тренувань. Наше дослідження є першим, у якому розглядаються молекулярні зміни в масштабі всього тіла, від білків до генів, метаболітів, жирів і виробництва енергії. Це найширший на сьогодні профіль впливу вправ, і він створює важливу карту того, як вправи змінюють тіло".

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

Координований погляд на вправу

Дослідники, які беруть участь у дослідженні та інших одночасних публікаціях, є частиною національної групи під назвою Консорціум молекулярних перетворювачів фізичної активності (MoTrPAC), організованої Національними інститутами здоров’я. Ця ініціатива була започаткована в 2015 році, щоб детально вивчити, як фізичні вправи покращують здоров’я та запобігають хворобам.

Команда Стенфордської медицини виконувала більшу частину важкої роботи, вивчаючи вплив восьми тижнів тренувань на витривалість на експресію генів (транскриптом), білків (протеом), жирів (ліпідом), метаболітів (метаболом) і патерн хімічних позначок на ДНК (епігеномі), імунній системі тощо.

Вони провели 9466 аналізів багатьох тканин щурів, яких навчили бігати на великі відстані, і порівняли результати з результатами щурів, які сиділи у своїх клітках. Вони звернули особливу увагу на м’язи ніг, серце, печінку, нирки та білу жирову тканину (тип жиру, який накопичується у міру збільшення ваги); інші тканини включали легені, мозок і коричневу жирову тканину (більш метаболічно активний тип жиру, який допомагає спалювати калорії).

Поєднання багатьох аналізів і типів тканини дало результати в сотні тисяч неепігенетичних змін і понад 2 мільйони різних змін в епігеномі. Ці результати будуть займати 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 відзначили, що експресія 22 генів змінюється під час фізичних вправ у всіх шести тканинах, на яких вони зосередилися.

Багато з цих генів брали участь у так званих шляхах теплового шоку, які стабілізують структуру білка, коли клітини піддаються стресу, включаючи зміни температури, інфекцію або ремоделювання тканин. Інші гени були причетні до шляхів, які знижують артеріальний тиск і підвищують чутливість організму до інсуліну, який знижує рівень цукру в крові.

Дослідники також відзначили, що експресія кількох генів, пов’язаних із діабетом 2 типу, серцевими захворюваннями, ожирінням і захворюваннями нирок, була знижена у щурів, які займалися фізичними вправами, порівняно з їхніми сидячими аналогами, що чітко вказує на зв’язок між їхніми дослідженнями та здоров’ям людини.

Статеві відмінності

Нарешті, вони виявили статеві відмінності в тому, як різні тканини самців і самок щурів реагували на фізичні вправи. Самці щурів втратили близько 5% жиру після восьми тижнів тренувань, тоді як самки щурів не втратили значної кількості жиру. (Однак вони зберегли свій початковий відсоток жиру в організмі, тоді як сидячі самки отримали додаткові 4% жиру протягом дослідження.)

Але найбільшу різницю спостерігали в експресії генів у надниркових залозах щурів. Через тиждень гени, пов’язані з виробленням стероїдних гормонів, таких як адреналін, і вироблення енергії зросли у самців щурів, але зменшилися у самок.

Незважаючи на ці ранні спокусливі асоціації, дослідники застерігають, що наука про фізичні вправи ще далеко не завершена. Вірніше, це лише початок. Але майбутнє виглядає багатообіцяючим.

«У довгостроковій перспективі малоймовірно, що ми знайдемо якесь магічне втручання, яке відтворить усе, що фізичні вправи можуть зробити для людини», — сказав Монтгомері. «Але ми можемо наблизитися до ідеї точних вправ — індивідуальних рекомендацій на основі генетики, статі, віку чи інших захворювань людини для досягнення корисних реакцій всього тіла».