Zdravstvene prednosti vežbanja su dobro poznate, ali nova istraživanja pokazuju da je odgovor tela na vežbanje složeniji i dalekosežniji nego što se ranije mislilo. U studiji na pacovima, tim naučnika iz čitavih Sjedinjenih Država je otkrio da fizička aktivnost izaziva mnoge ćelijske i molekularne promene u svih 19 organa koje su proučavali kod životinja.
Vežbanje smanjuje rizik od mnogih bolesti, ali naučnici još uvek ne razumeju u potpunosti kako vežbanje menja telo na molekularnom nivou. Većina studija se fokusirala na jedan organ, pol ili vremensku tačku i uključuje samo jedan ili dva tipa podataka.
Da bi sveobuhvatnije pogledali biologiju vežbanja, naučnici iz Konzorcijuma za molekularne pretvarače fizičke aktivnosti (MoTrPAC) koristili su niz tehnika u laboratoriji za analizu molekularnih promena kod pacova dok su prolazili kroz nekoliko nedelja intenzivnog vežbanja. . Njihovi nalazi se pojavljuju u Nature.
Tim je proučavao niz tkiva životinja, kao što su srce, mozak i pluća. Otkrili su da se svaki organ koji su posmatrali promenio vežbanjem, pomažući telu da reguliše imuni sistem, reaguje na stres i kontroliše puteve povezane sa inflamatornom bolešću jetre, bolestima srca i povredama tkiva.
Podaci daju potencijalne tragove o mnogim različitim zdravstvenim stanjima; na primer, istraživači su pronašli moguće objašnjenje zašto jetra postaje manje masna tokom vežbanja, što bi moglo pomoći u razvoju novih tretmana za nealkoholnu masnu bolest jetre.
Tim se nada da bi se njihova otkrića jednog dana mogla koristiti za prilagođavanje vežbanja zdravstvenom statusu pojedinca ili za razvoj tretmana koji oponašaju efekte fizičke aktivnosti za ljude koji ne mogu da vežbaju. Već su započeli studije na ljudima kako bi pratili molekularne efekte vežbanja.
Pokrenut 2016. godine, MoTrPAC okuplja naučnike sa Instituta Broad MIT-a i Harvarda, Univerziteta Stanford, Nacionalnog instituta za zdravlje i drugih institucija kako bi rasvetlili biološke procese koji su u osnovi zdravstvenih prednosti vežbanja.
Broad projekat je prvobitno osmislio Steve Carr, viši direktor Broadove Proteomics Platforme; Clari Clish, viši direktor Broad’s Metabolomics Platform; Robert Gerszten, viši saradnik u Broad-u i šef kardiovaskularne medicine u Medicinskom centru Beth Israel Deaconess; i Kristofer Njugard, profesor ishrane na Univerzitetu Djuk.
„Bilo je potrebno selo naučnika sa različitim naučnim iskustvom da generiše i integriše ogromnu količinu proizvedenih podataka visokog kvaliteta“, rekao je Kar, jedan od viših autora studije. „Ovo je prva mapa celog organizma koja gleda na efekte treninga u više različitih organa. Proizvedeni resurs će biti izuzetno vredan i već je proizveo mnogo potencijalno novih bioloških uvida za dalja istraživanja.“
Tim je stavio sve podatke o životinjama dostupnim u javnom repozitorijumu na mreži. Drugi naučnici mogu da koriste ovu stranicu da preuzmu, na primer, informacije o proteinima koji se menjaju u izobilju u plućima ženki pacova nakon osam nedelja redovnog vežbanja na traci za trčanje, ili o RNK odgovoru na vežbanje u svim organima mužjaka i ženki pacova tokom vreme.
Sprovođenje ovako velike i detaljne studije zahtevalo je mnogo planiranja. „Količina koordinacije koju su morale da urade sve laboratorije uključene u ovu studiju je bila fenomenalna“, rekao je Clish.
U partnerstvu sa Sue Bodine na Medicinskom koledžu Carver na Univerzitetu u Ajovi, čija je grupa sakupljala uzorke tkiva životinja nakon do osam nedelja obuke, drugi članovi MoTrPAC tima su podelili uzorke tako da je svaka laboratorija – Carrov tim analizirao proteine, Clish-ove metabolite koji proučavaju i druge — bi ispitali praktično identične uzorke.
„Mnoge velike studije se fokusiraju samo na jedan ili dva tipa podataka“, rekla je Natalie Clark, naučnica u Carrovoj grupi. „Ali ovde imamo širinu mnogih različitih eksperimenata na istim tkivima, i to nam je dalo globalni pregled o tome kako svi ovi različiti molekularni slojevi doprinose odgovoru na vežbanje.“
Ukupno, timovi su izvršili skoro 10.000 testova da bi napravili oko 15 miliona merenja na krvi i 18 čvrstih tkiva. Otkrili su da vežba utiče na hiljade molekula, sa najekstremnijim promenama u nadbubrežnoj žlezdi, koja proizvodi hormone koji regulišu mnoge važne procese kao što su imunitet, metabolizam i krvni pritisak.
Istraživači su otkrili polne razlike u nekoliko organa, posebno u vezi sa imunološkim odgovorom tokom vremena. Većina molekula imunološkog signala koji su jedinstveni za žene su pokazali promene u nivoima između jedne i dve nedelje treninga, dok su oni kod muškaraca pokazali razlike između četiri i osam nedelja.
Neki odgovori su bili dosledni među polovima i organima. Na primer, istraživači su otkrili da su proteini toplotnog šoka, koje proizvode ćelije kao odgovor na stres, regulisani na isti način u različitim tkivima. Ali drugi uvidi su bili specifični za tkivo. Na njihovo iznenađenje, Carrov tim je otkrio povećanje acetilacije mitohondrijalnih proteina uključenih u proizvodnju energije, kao i signal fosforilacije koji reguliše skladištenje energije, kako u jetri, koja se menja tokom vežbanja.
Ove promene bi mogle pomoći da jetra postane manje masna i manje sklona bolestima uz vežbanje, a istraživačima bi mogle dati cilj za buduće tretmane nealkoholne bolesti masne jetre.
„Iako jetra nije direktno uključena u vežbanje, ona i dalje prolazi kroz promene koje bi mogle da poboljšaju zdravlje. Niko nije spekulisao da ćemo videti ove promene acetilacije i fosforilacije u jetri nakon vežbanja“, rekao je Žan-Beltran.
„Ovo naglašava zašto primenjujemo sve ove različite molekularne modalitete – vežbanje je veoma složen proces, a ovo je samo vrh ledenog brega.“
„Dve ili tri generacije istraživačkih saradnika sazrele su na ovom projektu konzorcijuma i naučile šta znači pažljivo dizajnirati studiju i obraditi uzorke“, dodao je Hasmik Kešišijan, viši vođa grupe u Karovoj grupi i koautor studije.
„Sada vidimo rezultate našeg rada: biološki pronicljive nalaze koji proizilaze iz podataka visokog kvaliteta koje smo mi i drugi generisali. To je zaista zadovoljavajuće.“
Drugi MoTrPAC radovi objavljeni u istom broju uključuju dublje uranjanje u odgovor masti i mitohondrija u različitim tkivima na vežbanje.
Dodatne MoTrPAC studije su u toku kako bi se proučavali efekti vežbanja na mlade odrasle i starije pacove, kao i kratkoročni efekti 30-minutnih napada fizičke aktivnosti.
Konzorcijum je takođe započeo studije na ljudima i regrutuje oko 1.500 pojedinaca različitog uzrasta, pola, porekla i nivoa aktivnosti za kliničko ispitivanje za proučavanje efekata vežbi izdržljivosti i otpora kod dece i odraslih.
