Molekulárna mapa celého tela vysvetľuje, prečo je cvičenie také dobré pre vás

Cvičenie nie je len o zvyšovaní svalovej sily, zlepšovaní zdravia srdca a znižovaní hladiny cukru v krvi; je tiež spojené s množstvom ďalších zdravotných výhod. Ale ako môže pravidelný beh na bežiacom páse, strmá jazda na bicykli alebo rýchla chôdza počas obeda prinášať takú závratnú škálu zdravotných výhod?

Vďaka rozsiahlej novej štúdii Stanfordskej lekárskej fakulty sme bližšie k odpovedi na túto otázku. Výskumníci vykonali takmer 10 000 meraní na takmer 20 typoch tkanív, aby zistili účinky ôsmich týždňov vytrvalostného cvičenia na laboratórnych potkanoch trénovaných na beh na bežiacich pásoch veľkosti hlodavcov.

Ich zistenia zdôrazňujú výrazné účinky cvičenia na imunitný systém, stresovú reakciu, produkciu energie a metabolizmus. Objavili významné súvislosti medzi cvičením a molekulami a génmi, o ktorých je už známe, že zohrávajú úlohu pri rôznych ľudských ochoreniach a oprave tkanív.

Štúdia je jednou zo série článkov publikovaných 1. mája členmi multidisciplinárneho výskumného tímu, ktorého cieľom je položiť základy pre pochopenie – na celotelovej a molekulárnej úrovni – toho, ako naše tkanivá a bunky reagujú na cvičenie.

„Všetci vieme, že cvičenie je pre nás dobré,“ hovorí profesor patológie Stephen Montgomery, PhD. „Ale vieme len málo o molekulárnych signáloch, ktoré sa vyskytujú v celom tele, keď ľudia cvičia, alebo o tom, ako by sa mohli tréningom zmeniť. Naša štúdia je prvá, ktorá sa zaoberá molekulárnymi zmenami v celom tele, od bielkovín cez gény, metabolity, tuky až po produkciu energie. Je to doteraz najširší profil účinkov cvičenia a vytvára dôležitú mapu toho, ako mení telo.“

Montgomery, ktorý je tiež profesorom genetiky a biomedicínskej dátovej vedy, je hlavným autorom článku publikovaného v časopise Nature.

Koordinovaný pohľad na cvičenia

Výskumníci zapojení do štúdie a ďalších súbežných publikácií sú súčasťou národnej skupiny s názvom Molecular Transducers of Physical Activity Consortium alebo MoTrPAC, ktorú organizujú Národné inštitúty zdravia. Iniciatíva bola spustená v roku 2015 s cieľom podrobne študovať, ako cvičenie zlepšuje zdravie a predchádza chorobám.

Tím Stanfordskej medicíny vykonal veľkú časť ťažkej práce a skúmal účinky osemtýždňového vytrvalostného tréningu na expresiu génov (transkriptóm), bielkovín (proteóm), tukov (lipidóm), metabolitov (metabolóm), vzor chemických značiek umiestnených na DNA (epigenóm), imunitný systém a ďalšie.

U potkanov, ktoré boli trénované na beh na stále sa zvyšujúce vzdialenosti, vykonali 9 466 testov na viacerých tkanivách a výsledky porovnali s výsledkami potkanov, ktoré leňošili vo svojich klietkach. Zamerali sa na svaly na nohách, srdce, pečeň, obličky a biele tukové tkanivo (typ tuku, ktorý sa hromadí s priberaním na váhe); medzi ďalšie tkanivá patrili pľúca, mozog a hnedé tukové tkanivo (metabolicky aktívnejší typ tuku, ktorý pomáha spaľovať kalórie).

Kombinácia viacerých analýz a typov tkanív priniesla výsledky v stovkách tisícov pre neepigenetické zmeny a viac ako 2 milióny odlišných zmien v epigenóme. Tieto výsledky zamestnajú vedcov ešte dlhé roky.

Hoci táto štúdia slúžila predovšetkým na vytvorenie databázy pre budúce analýzy, objavili sa už aj niektoré zaujímavé výsledky. Po prvé, zistili, že expresia 22 génov sa zmenila v dôsledku cvičenia vo všetkých šiestich tkanivách, na ktoré sa zamerali.

Mnohé z týchto génov boli zapojené do takzvaných dráh tepelného šoku, ktoré stabilizujú štruktúru bielkovín, keď sú bunky vystavené stresu vrátane zmien teploty, infekcie alebo prestavby tkaniva. Iné gény boli zapojené do dráh, ktoré znižujú krvný tlak a zvyšujú citlivosť tela na inzulín, čo znižuje hladinu cukru v krvi.

Výskumníci tiež zistili, že expresia niekoľkých génov spojených s cukrovkou 2. typu, srdcovými chorobami, obezitou a ochorením obličiek bola u cvičiacich potkanov znížená v porovnaní s ich sedavými rovesníkmi, čo jasne naznačuje súvislosť medzi ich výskumom a ľudským zdravím.

Rozdiely medzi pohlaviami

Nakoniec zistili pohlavné rozdiely v tom, ako rôzne tkanivá samcov a samíc potkanov reagovali na cvičenie. Samce potkanov stratili po ôsmich týždňoch cvičenia približne 5 percent telesného tuku, zatiaľ čo samice nestratili veľa tuku. (Udržali si však svoje počiatočné percento telesného tuku, zatiaľ čo samice pracujúce bez pohybu v priebehu štúdie získali ďalšie 4 percentá tuku.)

Najväčší rozdiel však bol v génovej expresii v nadobličkách potkanov. Po týždni sa u samcov potkanov zvýšila hladina génov spojených s produkciou steroidných hormónov, ako je adrenalín a produkcia energie, ale u samíc sa znížila.

Napriek týmto skorým, lákavým súvislostiam výskumníci varujú, že veda o cvičení nie je ani zďaleka úplná. V skutočnosti sa len začína. Budúcnosť však vyzerá sľubne.

„Z dlhodobého hľadiska je nepravdepodobné, že nájdeme jeden zázračný zásah, ktorý by replikoval všetko, čo cvičenie dokáže pre človeka,“ povedal Montgomery. „Môžeme sa však priblížiť k myšlienke presného cvičenia – odporúčania prispôsobené genetike, pohlaviu, veku alebo iným zdravotným problémom človeka na dosiahnutie priaznivých celotelových reakcií.“