Κυτταρικές και μοριακές αλλαγές σε 19 όργανα λόγω της άσκηση διαπίστωσαν Αμερικανοί ερευνητές καταδεικνύοντας πως τα οφέλη της άσκησης είναι πιο περίπλοκα και εκτεταμένα απ’ ό,τι πιστεύαμε μέχρι σήμερα.
Η άσκηση μειώνει τον κίνδυνο πολλών ασθενειών, αλλά οι επιστήμονες εξακολουθούν να μην κατανοούν πλήρως πώς η άσκηση αλλάζει το σώμα σε μοριακό επίπεδο. Οι περισσότερες μελέτες έχουν επικεντρωθεί σε ένα μόνο όργανο, φύλο ή χρονικό σημείο και περιλαμβάνουν μόνο έναν ή δύο τύπους δεδομένων.
Για να ρίξουν μια πιο ολοκληρωμένη ματιά στη βιολογία της άσκησης, οι επιστήμονες με το Molecular Transducers of Physical Activity Consortium (MoTrPAC) χρησιμοποίησαν μια σειρά τεχνικών στο εργαστήριο για να αναλύσουν τις μοριακές αλλαγές σε αρουραίους καθώς υποβάλλονταν σε ρυθμούς εβδομάδων έντονης άσκησης. Τα ευρήματά τους εμφανίζονται στο Nature.
Η ομάδα μελέτησε μια σειρά ιστών από τα ζώα, όπως η καρδιά, ο εγκέφαλος και οι πνεύμονες. Διαπίστωσαν ότι κάθε ένα από τα όργανα που εξέτασαν άλλαξε με την άσκηση, βοηθώντας το σώμα να ρυθμίσει το ανοσοποιητικό σύστημα, να ανταποκριθεί στο στρες και να ελέγξει τις οδούς που συνδέονται με φλεγμονώδη ηπατική νόσο, καρδιακές παθήσεις και τραυματισμό ιστών.
Τα δεδομένα παρέχουν πιθανές ενδείξεις για πολλές διαφορετικές συνθήκες ανθρώπινης υγείας. Για παράδειγμα, οι ερευνητές βρήκαν μια πιθανή εξήγηση για το γιατί το ήπαρ γίνεται λιγότερο λιπαρό κατά τη διάρκεια της άσκησης, γεγονός που θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανάπτυξη νέων θεραπειών για τη μη αλκοολική λιπώδη ηπατική νόσο.
Η ομάδα ελπίζει ότι τα ευρήματά τους θα μπορούσαν μια μέρα να χρησιμοποιηθούν για να προσαρμόσουν την άσκηση στην κατάσταση υγείας ενός ατόμου ή να αναπτύξουν θεραπείες που μιμούνται τις επιπτώσεις της σωματικής δραστηριότητας για άτομα που δεν μπορούν να ασκηθούν. Έχουν ήδη ξεκινήσει μελέτες σε ανθρώπους για να παρακολουθήσουν τις μοριακές επιδράσεις της άσκησης.
Ξεκινώντας το 2016, το MoTrPAC συγκεντρώνει επιστήμονες από το Broad Institute of MIT και το Harvard, το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας και άλλα ιδρύματα για να ρίξουν φως στις βιολογικές διεργασίες που αποτελούν τη βάση των οφελών της άσκησης για την υγεία. Το έργο Broad σχεδιάστηκε αρχικά από τον Steve Carr, ανώτερο διευθυντή της πλατφόρμας πρωτεομικής της Broad. Clary Clish, ανώτερος διευθυντής της πλατφόρμας μεταβολομικής της Broad. Robert Gerszten, ανώτερο συνεργαζόμενο μέλος στο Broad και επικεφαλής της καρδιαγγειακής ιατρικής στο Beth Israel Deaconess Medical Center. και ο Christopher Newgard, καθηγητής διατροφής στο Πανεπιστήμιο Duke.
Οι συν-πρώτοι συγγραφείς της μελέτης περιλαμβάνουν τον Pierre Jean-Beltran, μεταδιδακτορικό ερευνητή στην ομάδα του Carr στο Broad όταν ξεκίνησε η μελέτη, καθώς και τους David Amar και Nicole Gay του Στάνφορντ. Η Courtney Dennis και ο Julian Avila, και οι δύο ερευνητές στην ομάδα του Clish, ήταν επίσης συν-συγγραφείς του χειρογράφου.
Η ομάδα έχει καταστήσει όλα τα δεδομένα των ζώων διαθέσιμα σε ένα ηλεκτρονικό δημόσιο αποθετήριο. Άλλοι επιστήμονες μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτόν τον ιστότοπο για να κατεβάσουν, για παράδειγμα, πληροφορίες σχετικά με τις πρωτεΐνες που αλλάζουν σε αφθονία στους πνεύμονες θηλυκών αρουραίων μετά από οκτώ εβδομάδες τακτικής άσκησης σε διάδρομο ή την απόκριση RNA στην άσκηση σε όλα τα όργανα αρσενικών και θηλυκών αρουραίων με την πάροδο του χρόνου.
Ανάλυση ολόκληρου του σώματος
Η διεξαγωγή μιας τόσο μεγάλης και λεπτομερούς μελέτης απαιτούσε πολύ σχεδιασμό. «Ο συντονισμός που έπρεπε να κάνουν όλα τα εργαστήρια που συμμετείχαν σε αυτή τη μελέτη ήταν πρωτοφανής», δήλωσε ο Clish.
Σε συνεργασία με την Sue Bodine στο Carver College of Medicine στο Πανεπιστήμιο της Αϊόβα, της οποίας η ομάδα συνέλεξε δείγματα ιστών από ζώα μετά από έως και οκτώ εβδομάδες εκπαίδευσης, άλλα μέλη της ομάδας MoTrPAC χώρισαν τα δείγματα έτσι ώστε κάθε εργαστήριο – Η ομάδα του Carr αναλύει πρωτεΐνες, η Clish μελετά μεταβολίτες και άλλους – θα εξέταζε σχεδόν πανομοιότυπα δείγματα.
«Πολλές μελέτες μεγάλης κλίμακας επικεντρώνονται μόνο σε έναν ή δύο τύπους δεδομένων», δήλωσε η Natalie Clark, υπολογιστική επιστήμονας στην ομάδα του Carr. «Αλλά εδώ έχουμε ένα εύρος πολλών διαφορετικών πειραμάτων στους ίδιους ιστούς και αυτό μας έδωσε μια παγκόσμια επισκόπηση του τρόπου με τον οποίο όλα αυτά τα διαφορετικά μοριακά στρώματα συμβάλλουν στην απόκριση της άσκησης».
Συνολικά, οι ομάδες πραγματοποίησαν σχεδόν 10.000 αναλύσεις για να κάνουν περίπου 15 εκατομμύρια μετρήσεις στο αίμα και 18 συμπαγείς ιστούς. Διαπίστωσαν ότι η άσκηση επηρέασε χιλιάδες μόρια, με τις πιο ακραίες αλλαγές στα επινεφρίδια, τα οποία παράγουν ορμόνες που ρυθμίζουν πολλές σημαντικές διαδικασίες όπως η ανοσία, ο μεταβολισμός και η αρτηριακή πίεση. Οι ερευνητές αποκάλυψαν διαφορές φύλου σε διάφορα όργανα, ιδιαίτερα σε σχέση με την ανοσολογική απόκριση με την πάροδο του χρόνου. Τα περισσότερα μόρια ανοσολογικής σηματοδότησης μοναδικά για τις γυναίκες έδειξαν αλλαγές στα επίπεδα μεταξύ μίας και δύο εβδομάδων προπόνησης, ενώ εκείνα στους άνδρες έδειξαν διαφορές μεταξύ τεσσάρων και οκτώ εβδομάδων.
Ορισμένες απαντήσεις ήταν συνεπείς σε όλα τα φύλα και τα όργανα. Για παράδειγμα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι πρωτεΐνες θερμικού σοκ, οι οποίες παράγονται από τα κύτταρα ως απάντηση στο στρες, ρυθμίζονται με τους ίδιους τρόπους σε διαφορετικούς ιστούς. Αλλά άλλες ιδέες ήταν συγκεκριμένες για τους ιστούς. Προς έκπληξή τους, η ομάδα του Carr βρήκε αύξηση στην ακετυλίωση των μιτοχονδριακών πρωτεϊνών που εμπλέκονται στην παραγωγή ενέργειας και σε ένα σήμα φωσφορυλίωσης που ρυθμίζει την αποθήκευση ενέργειας, τόσο στο ήπαρ που άλλαξε κατά τη διάρκεια της άσκησης. Αυτές οι αλλαγές θα μπορούσαν να βοηθήσουν το ήπαρ να γίνει λιγότερο λιπαρό και λιγότερο επιρρεπές σε ασθένειες με την άσκηση και θα μπορούσαν να δώσουν στους ερευνητές έναν στόχο για μελλοντικές θεραπείες της μη αλκοολικής λιπώδους ηπατικής νόσου.
«Παρόλο που το ήπαρ δεν εμπλέκεται άμεσα στην άσκηση, εξακολουθεί να υφίσταται αλλαγές που θα μπορούσαν να βελτιώσουν την υγεία. Κανείς δεν υπέθεσε ότι θα βλέπαμε αυτές τις αλλαγές ακετυλίωσης και φωσφορυλίωσης στο ήπαρ μετά την άσκηση», δήλωσε ο Jean-Beltran. “Αυτό υπογραμμίζει γιατί αναπτύσσουμε όλες αυτές τις διαφορετικές μοριακές μεθόδους – Η άσκηση είναι μια πολύ περίπλοκη διαδικασία και αυτή είναι μόνο η κορυφή του παγόβουνου».
«Δύο ή τρεις γενιές ερευνητικών συνεργατών ωρίμασαν σε αυτό το έργο κοινοπραξίας και έμαθαν τι σημαίνει να σχεδιάζεις προσεκτικά μια μελέτη και να επεξεργάζεσαι δείγματα», πρόσθεσε ο Hasmik Keshishian, ανώτερος επικεφαλής της ομάδας του Carr και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Τώρα βλέπουμε τα αποτελέσματα της δουλειάς μας: βιολογικά διορατικά ευρήματα που αποδίδουν από τα υψηλής ποιότητας δεδομένα που έχουμε δημιουργήσει εμείς και άλλοι. Αυτό είναι πραγματικά ικανοποιητικό».
Άλλα έγγραφα MoTrPAC που δημοσιεύθηκαν στις 2 Μαίου περιλαμβάνουν βαθύτερες καταδύσεις στην απόκριση του λίπους και των μιτοχονδρίων σε διαφορετικούς ιστούς στην άσκηση. Πρόσθετες μελέτες MoTrPAC βρίσκονται σε εξέλιξη για να μελετήσουν τις επιδράσεις της άσκησης σε νεαρούς ενήλικες και ηλικιωμένους αρουραίους και τις βραχυπρόθεσμες επιπτώσεις των περιόδων σωματικής δραστηριότητας 30 λεπτών. Η κοινοπραξία έχει επίσης ξεκινήσει μελέτες σε ανθρώπους και στρατολογεί περίπου 1.500 άτομα διαφορετικών ηλικιών, φύλων, καταγωγής και επιπέδων δραστηριότητας για μια κλινική δοκιμή για να μελετήσει τις επιπτώσεις τόσο της αντοχής όσο και της άσκησης αντίστασης σε παιδιά και ενήλικες.
