Mapa molekularna całego ciała wyjaśnia, dlaczego ćwiczenia są dla ciebie tak dobre

Ćwiczenia nie tylko poprawiają siłę mięśni, zdrowie serca i obniżają poziom cukru we krwi, ale także zapewniają wiele innych korzyści zdrowotnych. Ale w jaki sposób regularne bieganie na bieżni, jazda na rowerze pod stromą górkę lub szybki spacer w porze lunchu może przynieść tak oszałamiający zestaw korzyści zdrowotnych?

Jesteśmy bliżej odpowiedzi na to pytanie dzięki nowemu, obszernemu badaniu przeprowadzonemu przez Stanford Medical School. Naukowcy wykonali prawie 10 000 pomiarów w prawie 20 rodzajach tkanek, aby zbadać wpływ ośmiu tygodni ćwiczeń wytrzymałościowych na szczurach laboratoryjnych przeszkolonych do biegania na bieżniach wielkości gryzoni.

Ich odkrycia podkreślają dramatyczny wpływ ćwiczeń na układ odpornościowy, reakcję na stres, produkcję energii i metabolizm. Odkryli znaczące powiązania między ćwiczeniami, cząsteczkami i genami, o których już wiadomo, że odgrywają rolę w różnych chorobach człowieka i naprawie tkanek.

Badanie jest jednym z serii artykułów opublikowanych 1 maja przez członków multidyscyplinarnego zespołu badawczego, których celem jest położenie podwalin pod zrozumienie – na poziomie całego ciała i molekularnym – tego, jak nasze tkanki i komórki reagują na ćwiczenia.

p>

„Wszyscy wiemy, że ćwiczenia są dla nas dobre” – mówi profesor patologii Stephen Montgomery, dr. „Ale niewiele wiemy o sygnałach molekularnych zachodzących w całym organizmie podczas ćwiczeń ani o tym, jak mogą się one zmieniać podczas ćwiczeń. Nasze badanie jako pierwsze przygląda się zmianom molekularnym w skali całego ciała, od białek po geny, metabolity, tłuszcze i produkcję energii. Jest to najobszerniejsze jak dotąd profilowanie skutków ćwiczeń, które tworzy ważną mapę tego, jak ćwiczenia zmieniają ciało.”

Montgomery, który jest także profesorem genetyki i nauk o danych biomedycznych, jest starszym autorem artykułu opublikowanego w Nature.

Skoordynowany widok ćwiczeń

Naukowcy zaangażowani w badanie i inne jednoczesne publikacje są częścią krajowej grupy o nazwie Molecular Transducers of Physical Activity Consortium (MoTrPAC), zorganizowanej przez Narodowe Instytuty Zdrowia. Inicjatywę tę rozpoczęto w 2015 r., aby szczegółowo zbadać, w jaki sposób ćwiczenia poprawiają zdrowie i zapobiegają chorobom.

Zespół Stanford Medicine wykonał większość ciężkiej pracy, badając wpływ ośmiu tygodni treningu wytrzymałościowego na ekspresję genów (transkryptom), białek (proteom), tłuszczów (lipidom), metabolitów (metabolom) i wzorzec znaków chemicznych umieszczonych na DNA (epigenomie), układzie odpornościowym itp.

Przeprowadzili 9466 analiz wielu tkanek szczurów wytrenowanych do pokonywania coraz większych dystansów i porównali wyniki z wynikami szczurów, które odpoczywały w klatkach. Szczególną uwagę zwrócili na mięśnie nóg, serce, wątrobę, nerki i białą tkankę tłuszczową (rodzaj tłuszczu, który gromadzi się wraz ze wzrostem masy ciała); inne tkanki obejmowały płuca, mózg i brunatną tkankę tłuszczową (bardziej aktywny metabolicznie rodzaj tłuszczu, który pomaga spalać kalorie).

Połączenie wielu testów i typów tkanek dało setki tysięcy wyników w przypadku zmian nieepigenetycznych i ponad 2 miliony różnych zmian w epigenomie. Wyniki te zajmą naukowców przez wiele lat.

Chociaż badanie to służyło przede wszystkim stworzeniu bazy danych do przyszłych analiz, pojawiło się już kilka interesujących wyników. Po pierwsze, zauważyli, że ekspresja 22 genów zmieniała się pod wpływem ćwiczeń we wszystkich sześciu tkankach, na których się skupili.

Wiele z tych genów było zaangażowanych w tak zwane szlaki szoku cieplnego, które stabilizują strukturę białek, gdy komórki są wystawione na stres, w tym zmiany temperatury, infekcję lub przebudowę tkanek. Inne geny powiązano ze szlakami obniżającymi ciśnienie krwi i zwiększającymi wrażliwość organizmu na insulinę, która obniża poziom cukru we krwi.

Naukowcy zauważyli również, że ekspresja kilku genów związanych z cukrzycą typu 2, chorobami serca, otyłością i chorobami nerek była zmniejszona u szczurów ćwiczących w porównaniu z ich odpowiednikami prowadzącymi siedzący tryb życia, co wyraźnie wskazuje na związek między ich badaniami a zdrowiem człowieka.

Różnice płci

Na koniec odkryli różnice między płciami w reakcji różnych tkanek samców i samic szczurów na ćwiczenia. Samce szczurów straciły około 5% tłuszczu po ośmiu tygodniach ćwiczeń, podczas gdy samice szczurów nie straciły znaczącej ilości tłuszczu. (Jednakże utrzymały początkowy procent tkanki tłuszczowej, podczas gdy samice siedzące w trakcie badania zyskały dodatkowe 4% tkanki tłuszczowej.)

Ale największą różnicę zaobserwowano w ekspresji genów w nadnerczach szczurów. Po tygodniu liczba genów związanych z produkcją hormonów steroidowych, takich jak adrenalina i wytwarzanie energii, wzrosła u samców szczurów, ale spadła u samic szczurów.

Pomimo tych wczesnych, kuszących skojarzeń badacze ostrzegają, że nauka o ćwiczeniach nie jest jeszcze ukończona. To raczej dopiero początek. Ale przyszłość wygląda obiecująco.

„Jest mało prawdopodobne, że w dłuższej perspektywie znajdziemy jedną magiczną interwencję, która odtworzy wszystko, co ćwiczenia fizyczne mogą zrobić dla człowieka” – stwierdził Montgomery. „Możemy jednak zbliżyć się do idei ćwiczeń precyzyjnych — zaleceń dostosowanych do indywidualnych potrzeb na podstawie genetyki, płci, wieku lub innych schorzeń danej osoby, aby uzyskać korzystne reakcje całego ciała”.