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

Упражненията не са само за увеличаване на мускулната сила, подобряване на здравето на сърцето и понижаване на нивата на кръвната захар; те са свързани и с множество други ползи за здравето. Но как едно редовно бягане на бягаща пътека, каране на колело по стръмни склонове или бърза разходка по време на обяд носят такъв зашеметяващ набор от ползи за здравето?

По-близо сме до отговора на този въпрос, благодарение на мащабно ново проучване от Медицинския факултет на Станфордския университет. Изследователите са направили близо 10 000 измервания в близо 20 вида тъкани, за да видят ефектите от осемседмични упражнения за издръжливост върху лабораторни плъхове, обучени да бягат на бягащи пътеки с размерите на гризачи.

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

Изследването е едно от поредица от статии, публикувани на 1 май от членове на мултидисциплинарен изследователски екип, предназначен да постави основите за разбиране – на цялостно и молекулярно ниво – как нашите тъкани и клетки реагират на упражнения.

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

Монтгомъри, който е и професор по генетика и биомедицинска наука за данни, е старши автор на статията, публикувана в списание Nature.

Координиран поглед върху упражненията

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. Инициативата стартира през 2015 г., за да проучи подробно как упражненията подобряват здравето и предотвратяват заболяванията.

Екипът на Станфордския медицински университет е свършил голяма част от тежката работа, изучавайки ефектите от осемседмични тренировки за издръжливост върху експресията на гени (транскриптом), протеини (протеом), мазнини (липидом), метаболити (метаболом), модела на химическите маркери, поставени върху ДНК (епигеном), имунната система и други.

Те провели 9 466 теста върху множество тъкани при плъхове, обучени да бягат на нарастващи разстояния, и сравнили резултатите с тези на плъхове, които мързелували в клетките си. Те се фокусирали върху мускулите на краката, сърцето, черния дроб, бъбреците и бялата мастна тъкан (видът мазнини, които се натрупват с наддаване на тегло); други тъкани включвали бели дробове, мозък и кафява мастна тъкан (по-метаболитно активен вид мазнини, които помагат за изгарянето на калории).

Комбинацията от множество анализи и типове тъкани доведе до резултати, наброяващи стотици хиляди за неепигенетични промени и повече от 2 милиона отделни промени в епигенома. Тези резултати ще държат учените заети в продължение на години.

Въпреки че това проучване служи предимно за създаване на база данни за бъдещ анализ, вече се появиха някои интересни резултати. Първо, те отбелязаха, че експресията на 22 гена се променя с упражнения във всичките шест тъкани, върху които са се фокусирали.

Много от гените са участвали в така наречените пътища на топлинен шок, които стабилизират протеиновата структура, когато клетките са изложени на стрес, включително температурни промени, инфекция или ремоделиране на тъканите. Други гени са участвали в пътища, които понижават кръвното налягане и повишават чувствителността на организма към инсулин, което понижава нивата на кръвната захар.

Изследователите също така отбелязват, че експресията на няколко гена, свързани с диабет тип 2, сърдечни заболявания, затлъстяване и бъбречни заболявания, е намалена при плъховете, които са тренирали, в сравнение с техните заседнали връстници, което ясно показва връзка между тяхното изследване и човешкото здраве.

Разлики между половете

Накрая, те открили полови разлики в начина, по който различните тъкани при мъжки и женски плъхове реагират на упражнения. Мъжките плъхове загубили около 5% от телесните си мазнини след осем седмици упражнения, докато женските не загубили много мазнини. (Те обаче запазили началния си процент телесни мазнини, докато заседналите женски натрупали допълнителни 4% мазнини в хода на проучването.)

Но най-голямата разлика е била в генната експресия в надбъбречните жлези на плъховете. След седмица гените, свързани с производството на стероидни хормони като адреналин и производство на енергия, са се увеличили при мъжките плъхове, но са намалели при женските.

Въпреки тези ранни, дразнещи асоциации, изследователите предупреждават, че науката за упражненията далеч не е завършена. Всъщност тя едва сега започва. Но бъдещето изглежда обещаващо.

„В дългосрочен план е малко вероятно да открием една магическа интервенция, която да възпроизвежда 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 човек, за да се постигнат благоприятни реакции за цялото тяло.“