Molekulární mapa celého těla vysvětluje, proč je cvičení tak prospěšné.

Cvičení není jen o zvyšování svalové síly, zlepšování zdraví srdce a snižování hladiny cukru v krvi; je také spojeno s řadou dalších zdravotních benefitů. Ale jak může pravidelný běh na běžeckém pásu, prudká jízda na kole nebo svižná chůze v poledne přinést tak závratnou škálu zdravotních benefitů?

Díky rozsáhlé nové studii Stanfordské lékařské fakulty jsme blíže k odpovědi na tuto otázku. Vědci provedli téměř 10 000 měření napříč téměř 20 typy tkání, aby zjistili účinky osmi týdnů vytrvalostního cvičení na laboratorních krysách trénovaných k běhu na běžeckých pásech o velikosti hlodavců.

Jejich zjištění zdůrazňují pozoruhodné účinky cvičení na imunitní systém, stresovou reakci, produkci energie a metabolismus. Objevili významné souvislosti mezi cvičením a molekulami a geny, o kterých je již známo, že hrají roli v řadě lidských onemocnění a opravě tkání.

Studie je jednou ze série článků publikovaných 1. května členy multidisciplinárního výzkumného týmu, jehož cílem je položit základy pro pochopení – na celotělové i molekulární úrovni – toho, jak naše tkáně a buňky reagují na cvičení.

„Všichni víme, že cvičení je pro nás dobré,“ říká profesor patologie Stephen Montgomery, PhD. „Ale o molekulárních signálech, které se v celém těle vyskytují, když lidé cvičí, nebo o tom, jak by mohly být tréninkem změněny, víme jen málo. Naše studie je první, která se zabývá molekulárními změnami v celém těle, od proteinů přes geny, metabolity, tuky až po produkci energie. Jde o dosud nejširší profil účinků cvičení a vytváří důležitou mapu toho, jak cvičení mění tělo.“

Montgomery, který je také profesorem genetiky a biomedicínské datové vědy, je hlavním autorem článku publikovaného v časopise Nature.

Koordinovaný pohled na cvičení

Výzkumníci zapojení do studie a dalších souběžných publikací jsou součástí národní skupiny s názvem Molecular Transducers of Physical Activity Consortium neboli MoTrPAC, kterou organizují Národní instituty zdraví (National Institutes of Health). Tato iniciativa byla zahájena v roce 2015 s cílem podrobně studovat, jak cvičení zlepšuje zdraví a předchází nemocem.

Tým Stanfordské lékařské univerzity odvedl velkou část těžké práce a studoval účinky osmi týdnů vytrvalostního tréninku na expresi genů (transkriptom), proteinů (proteom), tuků (lipidom), metabolitů (metabolom), strukturu chemických značek umístěných na DNA (epigenom), imunitní systém a další.

Provedli 9 466 testů na různých tkáních u krys, které byly trénovány k běhu na stále větší vzdálenosti, a výsledky porovnali s výsledky krys, které lenošily ve svých klecích. Zaměřili se na svaly na nohou, srdce, játra, ledviny a bílou tukovou tkáň (typ tuku, který se hromadí s přibíráním na váze); mezi další tkáně patřily plíce, mozek a hnědá tuková tkáň (metabolicky aktivnější typ tuku, který pomáhá spalovat kalorie).

Kombinace více analýz a typů tkání přinesla výsledky v řádu stovek tisíc u neepigenetických změn a více než 2 milionů odlišných změn v epigenomu. Tyto výsledky budou vědce zaměstnávat po mnoho dalších let.

Ačkoli tato studie sloužila především k vytvoření databáze pro budoucí analýzu, objevily se již některé zajímavé výsledky. Zaprvé, studie zaznamenala, že exprese 22 genů se mění s cvičením ve všech šesti tkáních, na které se zaměřila.

Mnoho z genů se podílelo na tzv. drahách tepelného šoku, které stabilizují strukturu proteinů, když jsou buňky vystaveny stresu, včetně změn teploty, infekce nebo remodelace tkání. Jiné geny se podílely na drahách, které snižují krevní tlak a zvyšují citlivost těla na inzulín, což snižuje hladinu cukru v krvi.

Výzkumníci také poznamenali, že exprese několika genů spojených s diabetem 2. typu, srdečními chorobami, obezitou a onemocněním ledvin byla u cvičících potkanů snížena ve srovnání s jejich sedavými vrstevníky, což jasně naznačuje souvislost mezi jejich výzkumem a lidským zdravím.

Rozdíly mezi pohlavími

Nakonec zjistili pohlavní rozdíly v tom, jak různé tkáně samců a samic potkanů reagovaly na cvičení. Samci potkanů ztratili po osmi týdnech cvičení asi 5 procent tělesného tuku, zatímco samice tuku moc neztratily. (Udržely si však své počáteční procento tělesného tuku, zatímco samice vedoucí neaktivní životní styl v průběhu studie nabraly další 4 procenta tuku.)

Největší rozdíl však byl v genové expresi v nadledvinách potkanů. Po týdnu se u samců potkanů zvýšila hladina genů spojených s produkcí steroidních hormonů, jako je adrenalin, a produkcí energie, ale u samic se snížila.

Navzdory těmto raným a lákavým asociacím vědci varují, že věda o cvičení zdaleka není úplná. Ve skutečnosti teprve začíná. Budoucnost však vypadá slibně.

„Z dlouhodobého hlediska je nepravděpodobné, že najdeme jeden zázračný zásah, který by replikoval vše, co cvičení pro člověka dokáže,“ řekl Montgomery. „Můžeme se však přiblížit myšlence přesného cvičení – doporučení na míru založená na genetice, pohlaví, věku nebo jiných zdravotních stavech dané osoby k dosažení prospěšných reakcí celého těla.“