Молекулярна карта на цялото тяло обяснява защо упражненията са толкова добри за вас

Упражнението не само подобрява мускулната сила, подобрява здравето на сърцето и понижава нивата на кръвната захар, но и множество други ползи за здравето. Но как редовното бягане на бягаща пътека, карането на колело по стръмен хълм или бързото ходене по време на обяд води до такъв шеметен набор от ползи за здравето?

Ние сме по-близо до отговора на този въпрос благодарение на ново, обширно проучване, проведено от Медицинското училище в Станфорд. Изследователите са направили почти 10 000 измервания в почти 20 вида тъкани, за да изследват ефектите от осем седмици упражнения за издръжливост при лабораторни плъхове, обучени да бягат на бягащи пътеки с размер на гризач.

Техните открития подчертават драматичните ефекти от упражненията върху имунната система, реакцията на стрес, производството на енергия и метаболизма. Те откриха значителни връзки между упражненията, молекулите и гените, за които вече е известно, че играят роля в различни човешки заболявания и възстановяване на тъканите.

Проучването е една от поредица статии, публикувани на 1 май от членове на мултидисциплинарен изследователски екип, предназначен да постави основата за разбиране – на ниво цялото тяло и на молекулярно ниво – как нашите тъкани и клетки реагират на упражнения. p>

„Всички знаем, че упражненията са полезни за нас“, казва професорът по патология Стивън Монтгомъри, Ph.D. „Но ние знаем малко за молекулярните сигнали, които се появяват в цялото тяло, когато хората спортуват, или как те могат да се променят с упражнения. Нашето изследване е първото, което разглежда молекулярните промени в мащаб на цялото тяло, от протеини до гени, метаболити, мазнини и производство на енергия. Това е най-обширното профилиране на ефектите от упражненията до момента и създава важна карта за това как упражненията променят тялото."

Монтгомъри, който също е професор по генетика и биомедицински данни, е старши автор на статията, публикувана в Nature.

Координиран поглед върху упражнението

Изследователите, участващи в проучването и други едновременни публикации, са част от национална група, наречена Консорциум за молекулярни преобразуватели на физическа активност, или MoTrPAC, организирана от Националните здравни институти. Тази инициатива стартира през 2015 г., за да проучи в детайли как упражненията подобряват здравето и предотвратяват заболявания.

Екипът на Stanford Medicine направи по-голямата част от тежкото вдигане, изучавайки ефектите от осем седмици тренировки за издръжливост върху експресията на гени (транскриптом), протеини (протеом), мазнини (липидом), метаболити (метаболом) и модела на химически белези, поставени върху ДНК (епигеном), имунна система и др.

Те проведоха 9466 анализа на множество тъкани от плъхове, които бяха обучени да бягат на все по-големи разстояния, и сравниха резултатите с тези на плъхове, които се излежаваха в клетките си. Те обърнаха специално внимание на мускулите на краката, сърцето, черния дроб, бъбреците и бялата мастна тъкан (вид мазнини, които се натрупват с увеличаване на теглото); други тъкани включват бели дробове, мозък и кафява мастна тъкан (по-метаболитно активен вид мазнина, която помага за изгарянето на калории).

Комбинацията от множество анализи и видове тъкани даде резултати в стотици хиляди за неепигенетични промени и повече от 2 милиона различни промени в епигенома. Тези резултати ще занимават учените за години напред.

Въпреки че това проучване основно служи за създаване на база данни за бъдещи анализи, вече се появиха някои интересни резултати. Първо, те отбелязват, че експресията на 22 гена се променя с упражнения във всичките шест тъкани, върху които се фокусират.

Много от тези гени участват в така наречените пътища на топлинен шок, които стабилизират протеиновата структура, когато клетките са изложени на стрес, включително промени в температурата, инфекция или тъканно ремоделиране. Други гени са замесени в пътища, които понижават кръвното налягане и повишават чувствителността на тялото към инсулин, което понижава кръвната захар.

Изследователите отбелязват също, че експресията на няколко гена, свързани с диабет тип 2, сърдечни заболявания, затлъстяване и бъбречни заболявания, е намалена при плъхове, които спортуват, в сравнение с техните заседнали двойници, което ясно показва връзката между техните изследвания и човешкото здраве.

Разлики между половете

Накрая те откриха полови разлики в това как различните тъкани при мъжки и женски плъхове реагираха на упражнения. Мъжките плъхове са загубили около 5% от мазнините си след осем седмици упражнения, докато женските плъхове не са загубили значително количество мазнини. (Въпреки това, те запазиха първоначалния си процент телесна мазнина, докато сесилните женски натрупаха допълнителни 4% телесна мазнина в хода на изследването.)

Но най-голямата разлика се наблюдава в генната експресия в надбъбречните жлези на плъховете. След една седмица гените, свързани с производството на стероидни хормони като адреналин и производството на енергия, се увеличават при мъжките плъхове, но намаляват при женските плъхове.

Въпреки тези ранни, изкусителни асоциации, изследователите предупреждават, че науката за упражненията далеч не е завършена. По-скоро това е само началото. Но бъдещето изглежда обещаващо.

„В дългосрочен план е малко вероятно да намерим една магическа интервенция, която да възпроизведе всичко, което упражненията могат да направят за човек“, каза Монтгомъри. „Но можем да се доближим до идеята за прецизни упражнения – персонализирани препоръки, базирани на генетиката, пола, възрастта или други медицински състояния на човека, за да постигнем полезни реакции на цялото тяло.“