Что такое экзеркины и как физкультура помогает при раке

Доказано, что всего час быстрой ходьбы в день продлевает жизнь на 4,5 года. Постоянная физическая активность укрепляет иммунную систему и помогает в профилактике хронических сердечно-сосудистых патологий, а еще снижает риск возникновения рака и диабета второго типа. 

Все дело в том, что тренировки провоцируют клеточный стресс, и некоторые молекулы активизируются, чтобы уравновесить его воздействие. Когда митохондрии (своеобразные электростанции, снабжающие клетки) наращивают синтез химической энергии, они производят больше побочных продуктов — активных форм кислорода (АФК). В чрезмерных объемах те могут повредить белки, липиды и ДНК. Но АФК также запускают множество защитных процессов во время тренировок, компенсируя негативные эффекты и укрепляя клеточную защиту. Иными словами, спортивные нагрузки — это стресс, из которого организм научился извлекать пользу.

Прошлогодний соцопрос показал, что подавляющее большинство россиян тренируется самостоятельно Фото: © BGStock72 / Shutterstock / FOTODOM

Уже более ста лет ученые изучают биологические изменения, которые происходят в организме во время физических упражнений. В 1910 году британский фармаколог Фред Рэнсом обнаружил, что при нагрузке клетки скелетных мышц выделяют молочную кислоту. Она образуется, когда организм расщепляет глюкозу и превращает ее в свое «топливо». А в 1961 году микробиологи предположили, что скелетные мышцы выделяют вещество, которое помогает регулировать уровень глюкозы во время тренировок. 

В 1999 году ученые собрали образцы крови бегунов до и после участия в марафоне и обнаружили резкий рост уровня некоторых цитокинов — он оставался повышенным в течение четырех часов после забега. Среди этих цитокинов был интерлейкин-6 (IL-6) — белок, который играет ключевую роль при травматическом поражении ткани, ожогах и других повреждениях, ведущих к воспалению. Оказалось, что он выделяется при сокращении мышц во время физических упражнений — и это делает его экзеркином (так называют соединения, вырабатываемые в ответ на физическую нагрузку).

Многие предпочитают заниматься дома, выбирая беговую дорожку Фото: © Goami / Shutterstock / FOTODOM

IL-6 открыл эру экзеркинов, а вместе с ними мультиомику — подход к биологическому анализу, в котором наборы данных представляют собой несколько «омов»: геном, протеом, эпигеном, микробиом и так далее. Это дало возможность исследовать воздействие упражнений не на отдельные ткани, а в комплексе. 

В 2020 году ученые изучали испытуемых (в возрасте от 40 до 75 лет), тренировавшихся на беговой дорожке. У них взяли образцы крови до, во время и после занятий. Команда оценивала состояние свыше 17 тыс. молекул, и более половины из них значительно изменились после забега. Выяснилось, что физические упражнения запускают сложное сочетание биологических процессов, в числе которых энергетический обмен, окислительный стресс (состояние, при котором в организме слишком много свободных радикалов — молекул без одного электрона) и воспаление.

Эксперименты на мышах, проведенные в 2022 году, показали, что после физической нагрузки клетки печени грызунов выделяют несколько типов фермента карбоксилэстераза, который ускоряет метаболизм. Ученые генетически модифицировали подопытных так, чтобы у них был повышенный уровень этого фермента, а потом начали кормить их жирной пищей. В итоге мыши не набирали вес. Выходит, физкультурой можно вообще не заниматься, если добиться того, чтобы организм вырабатывал фермент в нужном объеме и с необходимой частотой.

Лабораторные мыши тренируются вместо людей, и в будущем благодаря им, возможно, про фитнес вообще можно будет забыть Фото: © Mary Swift / Shutterstock / FOTODOM

Ученые находят множество убедительных фактов, подтверждающих, что физическая активность — эффективное средство в профилактике множества болезней и один из определяющих элементов активного долголетия. Однако, в этой области науки для исследователей еще много работы, считает спортивный физиолог и старший научный сотрудник направления «Междисциплинарные исследования спорта» Научного центра генетики и наук о жизни Университета «Сириус» Ян Бравый.

Ян Бравый Фото из личного архива

«Регулярные выбросы в кровь экзеркинов хорошо тренируют иммунную систему, повышая уровень защитных возможностей и укрепляя реакцию организма на стресс. В мире ведутся исследования по десяткам веществ для замены физических упражнений, однако не стоит ждать скорых успехов в этой области», — отметил он.

Вместе с тем, уже есть доказательства того, что упражнения действуют как лекарство. В 2022 году ученые наблюдали за мышами с раком поджелудочной железы, которые выполняли 30-минутные аэробные упражнения в течение пяти дней в неделю. Анализ крови грызунов показал повышенный уровень Т-клеток CD8, которые разрушают раковые и инфицированные вирусом клетки. Они отвечают за экспрессию цитокина IL-15 — еще одного экзеркина, который выделяют мышцы во время тренировки. Исследователи обнаружили, что когда Т-клетки CD8 связываются с IL-15, формируется значительно более мощный иммунный ответ в отношении опухоли поджелудочной железы. Благодаря этому эффекту показатель выживаемости «онко-мышей» вырос примерно на 40 % по сравнению с контрольной группой. 

Аналогичные результаты были и у людей, когда ученые проанализировали опухолевую ткань, взятую у больных раком поджелудочной железы. У тех, кто занимался аэробными и силовыми тренировками по часу каждую неделю, было больше Т-клеток CD8 и в два раза больше шансов продлить жизнь на срок до пяти лет, чем у людей из контрольной группы.

Профильные специалисты уверены, что если детально разобраться во всех особенностях реакции организма на физические упражнения, вполне реально создать лекарства, которые будут имитировать этот эффект. Кроме того, можно будет определять виды активности, особенно полезные людям с различными хроническими заболеваниями. При этом важно понимать, что как у лекарств, так и у физических упражнений есть и неожиданные несовместимости с некоторыми препаратами.

«Исследования показали, что употребление больших доз антиоксидантов, таких как витамины С и Е, непосредственно перед или после физических упражнений может подавлять производство активных форм кислорода, которые играют важную роль в запуске механизмов адаптации к нагрузке и нивелировать эффект от выполненной тренировки. Не стоит полагаться в восстановлении на антиоксиданты, лучше уделять внимание сбалансированному питанию, полноценному сну и отдыху», — говорит Ян Бравый.

#Сириус #спорт #тренажер

Знания для всех: как в «Сириусе» проводят спортивные исследования

Читать