Будь то бег, ходьба, езда на велосипеде, плавание или гребля, с древних времен было хорошо известно, что выполнение некоторых форм аэробных упражнений имеет важное значение для хорошего здоровья и благополучия. Вы можете похудеть, лучше спать, бороться со стрессом и высоким кровяным давлением, улучшить настроение, а также укрепить кости и мышцы.
"От того, здоровы ли мышцы или нет, на самом деле зависит, здорово ли все тело или нет," сказал Чжэнь Янь из Медицинского факультета Университета Вирджинии. "А способность к физической нагрузке, в основном определяемая размером и функцией мышц, является лучшим предиктором смертности среди населения в целом."
Но почему? Ян может иметь несколько ответов. Он и его коллеги из UVA заглядывают внутрь клетки, чтобы понять на молекулярном уровне, почему эта тренировка – нравится вам это или нет – так важна для организма. Они обнаружили, что одним из важных преимуществ является клеточная энергетическая установка – митохондрии, которые создают топливо, необходимое для правильного функционирования организма.
Физические нагрузки на митохондрии
Ян и его коллеги провели исследование на мышах, которое впервые показало, что всего одна серия упражнений от умеренной до интенсивной действует как "стресс тест" на митохондриях в мышцах. Они обнаружили, что это "стресс тест" вызванный аэробными упражнениями, запускает процесс, называемый митофагией, когда мышца избавляется от поврежденных или дисфункциональных митохондрий, делая мышцы более здоровыми. Ян сравнивает митофагию, вызванную физическими упражнениями, с государственной инспекцией транспортных средств, которая удаляет поврежденные автомобили с улиц.
"Аэробные упражнения удаляют поврежденные митохондрии в скелетных мышцах," Ян сказал. "Если вы делаете это повторно, вы продолжаете удалять поврежденные. У вас лучше мышцы с лучшим качеством митохондрий. Убираем драндулет, теперь город, камера полон здоровых, исправных машин."
Как упражнения убирают “драндулет” митохондрий
Для этого исследования Ян и его коллеги оценили скелетные мышцы модели мышей, в которую они добавили митохондриальный репортерный ген, называемый "pMitoTimer." Митохондрии светятся зеленым, когда они здоровы, и становятся красными, когда они повреждены и расщепляются системой утилизации клеточных отходов, лизосомами.
Мыши бегали на небольшой беговой дорожке в течение 90 минут, и команда Яна наблюдала митохондриальный стресс (признаки "государственная инспекция") и некоторая митофагия (буксировка драндулетов) через шесть часов после тренировки. Ян объяснил, что упражнения у этих мышей также стимулировали киназу, называемую AMPK, которая, в свою очередь, включала другую киназу, Ulk1. Эти химические реакции, по-видимому, важны для контроля удаления дисфункциональных митохондрий.
"Когда он включен, Ulk1 активирует другие компоненты в клетке, чтобы выполнить удаление дисфункциональных митохондрий," Ян сказал. "Это похоже на вызов службы экстренной помощи, когда эвакуатор убирает драндулет. Однако мы до сих пор не знаем, как эти мероприятия координируются."
Некоторым мышам упражнения не приносили пользы
Лаборатория Яна также удалила ген Ulk1 в скелетных мышцах мыши и обнаружила, что без этого гена удаление поврежденных или дисфункциональных митохондрий резко подавляется, что предполагает новую роль гена Ulk1 в упражнениях и митофагии.
"Мыши, которые не могли выполнять митофагию, не получали преимуществ от упражнений," объяснил соавтор исследования Джошуа Дрейк, научный сотрудник лаборатории Ян. "Несмотря на то, что с точки зрения упражнений они все еще могли бегать так же далеко, как обычные мыши, они не получали метаболических преимуществ от тренировок."
Дрейк отметил, что некоторые люди с диабетом 2 типа не реагируют на упражнения, что становится все более серьезной клинической проблемой. Он надеется, что продолжение исследований в лаборатории Яна приведет к новым открытиям, которые помогут этим не отвечающим на вопросы людям.
Результаты были опубликованы в Интернете в научном журнале Nature Communications.