Visa ķermeņa molekulārā karte izskaidro, kāpēc fiziskās aktivitātes ir tik noderīgas.

Vingrošana nav tikai muskuļu spēka palielināšana, sirds veselības uzlabošana un cukura līmeņa pazemināšana asinīs; tā ir saistīta arī ar virkni citu ieguvumu veselībai. Bet kā regulāra skriešana uz skrejceliņa, brauciens ar velosipēdu pa stāvu nogāzi vai ātra pastaiga pusdienu pārtraukumā sniedz tik reibinošu ieguvumu veselībai klāstu?

Pateicoties jaunam, apjomīgam pētījumam no Stenfordas Medicīnas skolas, mēs esam tuvāk atbildei uz šo jautājumu. Pētnieki veica gandrīz 10 000 mērījumu gandrīz 20 audu veidos, lai noskaidrotu astoņu nedēļu izturības vingrinājumu ietekmi uz laboratorijas žurkām, kas tika apmācītas skriet pa grauzēju izmēra skrejceliņiem.

Viņu atklājumi izceļ fizisko aktivitāšu pārsteidzošo ietekmi uz imūnsistēmu, stresa reakciju, enerģijas ražošanu un vielmaiņu. Viņi atklāja būtiskas saiknes starp fiziskām aktivitātēm un molekulām un gēniem, par kuriem jau ir zināms, ka tiem ir nozīme dažādās cilvēku slimībās un audu atjaunošanā.

Šis pētījums ir viens no vairākiem rakstiem, ko 1. maijā publicēja daudznozaru pētniecības komandas locekļi, kuru mērķis ir likt pamatu izpratnei – visa ķermeņa un molekulārā līmenī – par to, kā mūsu audi un šūnas reaģē uz fiziskām aktivitātēm.

“Mēs visi zinām, ka fiziskās aktivitātes mums nāk par labu,” saka patoloģijas profesors, doktors Stīvens Montgomerijs. “Taču mēs maz zinām par molekulārajiem signāliem, kas rodas visā ķermenī, kad cilvēki vingro, vai par to, kā tos var mainīt treniņi. Mūsu pētījums ir pirmais, kas aplūko molekulārās izmaiņas visa ķermeņa mērogā, sākot no olbaltumvielām līdz gēniem, metabolītiem, taukiem un enerģijas ražošanai. Tas ir līdz šim plašākais fiziskās aktivitātes ietekmes profils, un tas rada svarīgu karti par to, kā tā maina ķermeni.”

Montgomerijs, kurš ir arī ģenētikas un biomedicīnas datu zinātnes profesors, ir žurnālā "Nature" publicētā raksta vecākais autors.

Koordinēts skatījums uz vingrinājumiem

Pētījumā un citās vienlaicīgās publikācijās iesaistītie pētnieki ir daļa no nacionālās grupas ar nosaukumu Molecular Transducers of Physical Activity Consortium jeb MoTrPAC, ko organizē Nacionālie veselības institūti. Iniciatīva tika uzsākta 2015. gadā, lai detalizēti izpētītu, kā fiziskās aktivitātes uzlabo veselību un novērš slimības.

Stenfordas Medicīnas komanda ir paveikusi lielu daļu smagā darba, pētot astoņu nedēļu izturības treniņu ietekmi uz gēnu (transkriptoma), olbaltumvielu (proteoma), tauku (lipīdu), metabolītu (metaboloma) ekspresiju, ķīmisko marķieru modeli uz DNS (epigenoma), imūnsistēmu un citām vielām.

Viņi veica 9466 testus ar vairākiem audiem žurkām, kuras bija apmācītas skriet arvien lielākus attālumus, un salīdzināja rezultātus ar žurku rezultātiem, kuras laiski sēdēja savos būros. Viņi koncentrējās uz kāju muskuļiem, sirdi, aknām, nierēm un baltajiem taukaudiem (tauku veids, kas uzkrājas, pieņemoties svarā); citi audi ietvēra plaušas, smadzenes un brūnos taukaudus (metaboliski aktīvāku tauku veidu, kas palīdz sadedzināt kalorijas).

Vairāku analīžu un audu tipu kombinācija deva simtiem tūkstošu rezultātu neepigenetiskām izmaiņām un vairāk nekā 2 miljoniem atšķirīgu izmaiņu epigenomā. Šie rezultāti nodarbinās zinātniekus vēl gadiem ilgi.

Lai gan šis pētījums galvenokārt kalpoja, lai izveidotu datubāzi turpmākai analīzei, jau ir parādījušies daži interesanti rezultāti. Pirmkārt, viņi atzīmēja, ka 22 gēnu ekspresija mainījās fiziskās slodzes laikā visos sešos audos, uz kuriem viņi koncentrējās.

Daudzi no gēniem bija iesaistīti tā sauktajos karstuma šoka ceļos, kas stabilizē olbaltumvielu struktūru, kad šūnas tiek pakļautas stresam, tostarp temperatūras izmaiņām, infekcijai vai audu pārveidošanai. Citi gēni bija iesaistīti ceļos, kas pazemina asinsspiedienu un palielina organisma jutību pret insulīnu, kas pazemina cukura līmeni asinīs.

Pētnieki arī atzīmēja, ka vairāku ar 2. tipa cukura diabētu, sirds slimībām, aptaukošanos un nieru slimībām saistītu gēnu ekspresija vingrojošām žurkām bija samazināta, salīdzinot ar mazkustīgām žurkām, kas skaidri norāda uz saistību starp viņu pētījumu un cilvēku veselību.

Dzimumu atšķirības

Visbeidzot, viņi atklāja dzimumu atšķirības tajā, kā dažādi žurku tēviņu un mātīšu audi reaģēja uz fiziskām aktivitātēm. Žurku tēviņi pēc astoņām vingrošanas nedēļām zaudēja aptuveni 5 procentus ķermeņa tauku, savukārt mātītes nezaudēja daudz tauku. (Tomēr tās saglabāja sākotnējo ķermeņa tauku procentuālo daudzumu, savukārt mazkustīgas mātītes pētījuma laikā ieguva vēl 4 procentus tauku.)

Taču lielākā atšķirība bija gēnu ekspresijā žurku virsnieru dziedzeros. Pēc nedēļas gēnu, kas saistīti ar steroīdo hormonu, piemēram, adrenalīna, ražošanu un enerģijas ražošanu, daudzums palielinājās žurku tēviņiem, bet samazinājās žurku mātītēm.

Neskatoties uz šīm agrīnajām, vilinošajām asociācijām, pētnieki brīdina, ka vingrojumu zinātne nebūt nav pabeigta. Patiesībā tā ir tikai sākums. Taču nākotne izskatās daudzsološa.

“Ilgtermiņā ir maz ticams, ka mēs atradīsim vienu maģisku iejaukšanos, kas atkārtotu visu, ko vingrinājumi var sniegt cilvēkam,” sacīja Montgomerijs. “Taču mēs varam pietuvoties precīzijas vingrinājumu idejai — pielāgotiem ieteikumiem, kuru pamatā ir cilvēka ģenētika, dzimums, vecums vai citi veselības stāvokļi, lai panāktu labvēlīgas visa ķermeņa reakcijas.”