O hartă moleculară a întregului corp explică de ce exercițiile fizice sunt atât de bune pentru tine

Exercițiile fizice nu se rezumă doar la creșterea forței musculare, îmbunătățirea sănătății inimii și scăderea nivelului de zahăr din sânge; sunt legate și de o serie de alte beneficii pentru sănătate. Dar cum o alergare regulată pe banda de alergare, o plimbare cu bicicleta pe o pantă abruptă sau o plimbare rapidă la prânz oferă o gamă atât de amețitoare de beneficii pentru sănătate?

Suntem mai aproape de a răspunde la această întrebare, datorită unui nou studiu amplu realizat de Facultatea de Medicină de la Stanford. Cercetătorii au efectuat aproape 10.000 de măsurători pe aproape 20 de tipuri de țesuturi pentru a vedea efectele a opt săptămâni de exerciții de anduranță pe șobolani de laborator antrenați să alerge pe benzi de alergare de mărimea rozătoarelor.

Constatările lor evidențiază efectele remarcabile ale exercițiilor fizice asupra sistemului imunitar, răspunsului la stres, producției de energie și metabolismului. Aceștia au descoperit legături semnificative între exerciții fizice și molecule și gene despre care se știe deja că joacă un rol într-o varietate de boli umane și în repararea țesuturilor.

Studiul face parte dintr-o serie de lucrări publicate pe 1 mai de membrii unei echipe de cercetare multidisciplinare, menite să pună bazele înțelegerii - la nivel de corp și molecular - a modului în care țesuturile și celulele noastre răspund la exerciții fizice.

„Știm cu toții că exercițiile fizice sunt benefice pentru noi”, spune profesorul de patologie Stephen Montgomery, doctor în filosofie. „Dar știm puține despre semnalele moleculare care apar în tot corpul atunci când oamenii fac exerciții fizice sau despre cum ar putea fi acestea modificate prin antrenament. Studiul nostru este primul care analizează modificările moleculare la scară largă a întregului corp, de la proteine la gene, metaboliți, grăsimi și producția de energie. Este cea mai amplă analiză a efectelor exercițiilor fizice de până acum și creează o hartă importantă a modului în care acestea schimbă organismul.”

Montgomery, care este și profesor de genetică și știința datelor biomedicale, este autorul principal al lucrării publicate în revista Nature.

O viziune coordonată asupra exercițiilor

Cercetătorii implicați în studiu și în alte publicații concomitente fac parte dintr-un grup național numit Consorțiul pentru Traductorii Moleculari ai Activității Fizice sau MoTrPAC, organizat de Institutele Naționale de Sănătate. Inițiativa a fost lansată în 2015 pentru a studia în detaliu modul în care exercițiile fizice îmbunătățesc sănătatea și previn bolile.

Echipa de la Stanford Medicine a depus o mare parte din munca grea, studiind efectele a opt săptămâni de antrenament de anduranță asupra expresiei genelor (transcriptom), proteinelor (proteom), grăsimilor (lipidom), metaboliților (metabolom), modelului etichetelor chimice plasate pe ADN (epigenom), sistemului imunitar și multe altele.

Ei au efectuat 9.466 de teste pe mai multe țesuturi la șobolani antrenați să alerge pe distanțe tot mai mari și au comparat rezultatele cu cele ale șobolanilor care leneveau în cuștile lor. S-au concentrat pe mușchii picioarelor, inima, ficatul, rinichii și țesutul adipos alb (tipul de grăsime care se acumulează pe măsură ce te îngrași); alte țesuturi au inclus plămânii, creierul și țesutul adipos brun (un tip de grăsime mai activ din punct de vedere metabolic, care ajută la arderea caloriilor).

Combinarea mai multor analize și tipuri de țesuturi a dat rezultate de ordinul sutelor de mii pentru modificări non-epigenetice și peste 2 milioane de modificări distincte ale epigenomului. Aceste rezultate îi vor ține ocupați pe oamenii de știință în anii următori.

Deși acest studiu a servit în principal la crearea unei baze de date pentru analize viitoare, au apărut deja câteva rezultate interesante. În primul rând, au observat că expresia a 22 de gene s-a modificat odată cu exercițiile fizice în toate cele șase țesuturi pe care s-au concentrat.

Multe dintre gene au fost implicate în așa-numitele căi ale șocului termic, care stabilizează structura proteinelor atunci când celulele sunt expuse la stres, inclusiv schimbări de temperatură, infecții sau remodelare tisulară. Alte gene au fost implicate în căi care scad tensiunea arterială și cresc sensibilitatea organismului la insulină, ceea ce scade nivelul zahărului din sânge.

Cercetătorii au observat, de asemenea, că expresia mai multor gene legate de diabetul de tip 2, bolile de inimă, obezitatea și bolile renale a fost redusă la șobolanii care au făcut exerciții fizice în comparație cu colegii lor sedentari, indicând în mod clar o legătură între cercetarea lor și sănătatea umană.

Diferențe de gen

În cele din urmă, au descoperit diferențe de sex în modul în care diverse țesuturi la șobolanii masculi și femele au răspuns la exerciții fizice. Șobolanii masculi au pierdut aproximativ 5% din grăsimea corporală după opt săptămâni de exerciții fizice, în timp ce femelele nu au pierdut multă grăsime. (Cu toate acestea, și-au menținut procentul inițial de grăsime corporală, în timp ce femelele sedentare au câștigat încă 4% grăsime pe parcursul studiului.)

Însă cea mai mare diferență a fost în expresia genelor din glandele suprarenale ale șobolanilor. După o săptămână, genele legate de producerea de hormoni steroizi, cum ar fi adrenalina, și producția de energie au crescut la șobolanii masculi, dar au scăzut la șobolanii femele.

În ciuda acestor asocieri timpurii și tentante, cercetătorii avertizează că știința exercițiilor fizice este departe de a fi completă. De fapt, abia acum începe. Dar viitorul pare promițător.

„Pe termen lung, este puțin probabil să găsim o intervenție magică care să reproducă tot ceea ce poate face exercițiile fizice pentru o persoană”, a spus Montgomery. „Dar ne putem apropia de ideea exercițiilor de precizie - recomandări personalizate bazate pe genetica, sexul, vârsta sau alte afecțiuni medicale ale unei persoane pentru a obține răspunsuri benefice la nivelul întregului corp.”