Jak ćwiczenia pomagają zapobiegać uszkodzeniom DNA i związanym z wiekiem problemom naczyniowym?

Najnowsze badanie na zwierzętach przeprowadzone przez naukowców z Katedry Medycyny Wewnętrznej Uniwersytetu Utah w Salt Lake City badało rolę uszkodzeń DNA w naczyniach krwionośnych i starzejącym się układzie sercowo-naczyniowym.

Odkryli, że zwiększone ćwiczenia były związane ze zmniejszonym uszkodzeniem DNA w komórkach wyściełających naczynia krwionośne. Może to pomóc wyjaśnić, w jaki sposób ćwiczenia nawet w późniejszym okresie życia mogą zmniejszyć ryzyko miażdżycy.

Pod przewodnictwem dr Jisook Lim, adiunkta na University of Utah, naukowcy przedstawią swoje odkrycia na American Physiology Summit – corocznym spotkaniu American Physiological Society – w Long Beach w Kalifornii. Konferencja odbędzie się w dniach 4–7 kwietnia 2024 r.

W jaki sposób ćwiczenia fizyczne chronią zdrowie układu naczyniowego w miarę starzenia się?

Wraz z wiekiem wzrasta ryzyko chorób sercowo-naczyniowych i innych problemów sercowo-naczyniowych. Zwykle jest to spowodowane miażdżycą - gromadzeniem się substancji tłuszczowych na błonie śluzowej naczyń krwionośnych.

W miarę jak blaszki miażdżycowe rosną, zwężają się naczynia krwionośne, zwiększając ryzyko wystąpienia zdarzeń sercowo-naczyniowych, takich jak zawały serca czy udary.

Na szczęście ćwiczenia fizyczne mogą znacznie zmniejszyć ryzyko miażdżycy. Nawet ćwiczenia u osób starszych mogą spowolnić tworzenie się blaszek miażdżycowych i poprawić wyniki sercowo-naczyniowe.

Jednak zrozumienie, w jaki sposób ćwiczenia korzystnie wpływają na zdrowie układu sercowo-naczyniowego, okazało się trudniejsze. Nowe badanie koncentruje się na jednym prawdopodobnym mechanizmie: uszkodzeniu DNA.

Uszkodzenia DNA i telomery: kluczowi gracze w procesie starzenia

Wraz z wiekiem następuje powolna utrata funkcji w wielu aspektach naszej fizjologii. Część tego spadku jest spowodowana uszkodzeniem DNA.

Do uszkodzeń DNA dochodzi z wielu powodów, a mechanizmy naprawy DNA stają się z wiekiem bardziej podatne na błędy.

Eksperci uważają, że uszkodzenia DNA odgrywają kluczową rolę w procesie starzenia i zdają się odgrywać ważną rolę w pogarszaniu się stanu naszych naczyń krwionośnych wraz z wiekiem.

Telomery to „czapki” DNA na końcach chromosomów – chronią je przed splątaniem i strzępieniem. Z tego powodu długość telomerów jest wskaźnikiem wieku biologicznego – krótsza długość jest związana z wieloma chorobami związanymi z wiekiem, w tym chorobami układu krążenia.

Telomery w komórkach wyściełających naczynia krwionośne są szczególnie podatne na uszkodzenia spowodowane siłą zwaną „naprężeniem ścinającym”.

„Im większa prędkość przepływu krwi i mniejsza średnica tętnicy, tym większe naprężenie ścinające” – wyjaśnia dr n. med. Jan Malik, profesor Uniwersyteckiego Szpitala Ogólnego w Pradze w Czechach, który nie brał udziału w badaniu.

Chociaż nasze ciała mają systemy, które radzą sobie z tym stresem, gdy naczynia krwionośne są zaburzone, przepływ krwi jest upośledzony. To zaburzenie zwiększa tarcie doświadczane przez komórki wyściełające naczynia krwionośne, co zwiększa ryzyko miażdżycy.

Malik, który opublikował prace na ten temat, powiedział nam, że „zmiany naprężenia ścinającego mają kluczowe znaczenie dla rozwoju miażdżycy”.

Trwające badanie Uniwersytetu Utah miało na celu sprawdzenie, czy ćwiczenia fizyczne mogą zmniejszyć ryzyko chorób sercowo-naczyniowych poprzez minimalizowanie uszkodzeń DNA i ochronę telomerów.

Większa aktywność fizyczna wiąże się z mniejszymi uszkodzeniami DNA

Naukowcy z University of Utah monitorowali 15 samców myszy przez 4 tygodnie w klatce z bieżnią. Podzielili je na trzy kategorie w zależności od tego, ile dystansu biegały każdego dnia:

• Szybki
• Umiarkowany biegacz
• Niski ruch.

Pod koniec badania naukowcy pobrali tkanki z aorty zwierząt, naczynia krwionośnego, przez które krew przepływa z serca. Badali różne odcinki aorty, które są poddawane różnym poziomom naprężeń ścinających.

W szczególności skupili się na dwóch typach komórek:

• Komórki śródbłonka wyściełające wnętrze naczyń krwionośnych;
• Komórki mięśni gładkich naczyń krwionośnych znajdują się w ścianach naczyń krwionośnych.

Następnie ocenili uszkodzenia DNA komórek i sprawdzili, jak dobrze funkcjonują ich telomery.

Analiza wykazała, że zwiększona aktywność fizyczna wiązała się z mniejszymi uszkodzeniami DNA i poprawą funkcji telomerów w komórkach śródbłonka, ale nie w komórkach mięśni gładkich naczyń.

Poprzednie badania wykazały również, że mięśnie gładkie naczyń nie ulegają uszkodzeniu w takim samym stopniu jak komórki śródbłonka, które są narażone na pełną siłę przepływu krwi.

Zgodnie ze streszczeniami badań, ogólnie rzecz biorąc, „ilość ćwiczeń aerobowych jest odwrotnie proporcjonalna do uszkodzeń DNA i dysfunkcji telomerów”. Oznacza to, że zwierzęta, które ćwiczyły najwięcej, miały najmniej uszkodzeń i dysfunkcji.

Co zapewnia to badanie?

Badanie to stanowi potwierdzenie rosnącej liczby dowodów na to, że ćwiczenia fizyczne mogą mieć korzystny wpływ na zdrowie, chroniąc przed uszkodzeniami DNA i chroniąc funkcje telomerów.

„Poprzez ujawnienie różnych reakcji obszarów aorty doświadczających różnych wzorców przepływu krwi i typów komórek na ćwiczenia aerobowe” – wyjaśnił Lim w komunikacie prasowym – „to badanie zapewni solidną podstawę do szczegółowego i zindywidualizowanego podejścia do interwencji w zakresie zdrowia układu sercowo-naczyniowego”.

Naukowcy od jakiegoś czasu badają związek między ćwiczeniami a telomerami. Na przykład badanie z 2013 r. wykazało, że biegacze ultramaratonów mają dłuższe telomery niż zdrowi uczestnicy z grupy kontrolnej.

Inne badania również wykazały związek między sprawnością fizyczną a długością telomerów.