แผนที่โมเลกุลของร่างกายของคุณทั้งหมดอธิบายว่าทำไมการออกกำลังกายจึงเป็นประโยชน์ต่อคุณมาก

การออกกำลังกายไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความแข็งแรงของกล้ามเนื้อ เพิ่มสุขภาพหัวใจ และลดระดับน้ำตาลในเลือดเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับประโยชน์ต่อสุขภาพอื่นๆ อีกมากมายด้วย แต่การวิ่งบนลู่วิ่ง ปั่นจักรยาน หรือเดินเร็วในช่วงพักเที่ยงเป็นประจำจะให้ประโยชน์ต่อสุขภาพมากมายมหาศาลได้อย่างไร

เราใกล้จะตอบคำถามนั้นได้แล้ว โดยต้องขอบคุณการศึกษาวิจัยครั้งสำคัญครั้งใหม่จากคณะแพทยศาสตร์มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด นักวิจัยทำการวัดเกือบ 10,000 ครั้งในเนื้อเยื่อเกือบ 20 ประเภท เพื่อดูผลของการออกกำลังกายแบบทนทานเป็นเวลา 8 สัปดาห์ต่อหนูทดลองที่ได้รับการฝึกให้วิ่งบนลู่วิ่งขนาดเท่าหนูแทะ

ผลการวิจัยของพวกเขาเน้นย้ำถึงผลกระทบอันน่าทึ่งของการออกกำลังกายต่อระบบภูมิคุ้มกัน การตอบสนองต่อความเครียด การผลิตพลังงาน และการเผาผลาญ พวกเขาพบความเชื่อมโยงที่สำคัญระหว่างการออกกำลังกายกับโมเลกุลและยีนที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ามีบทบาทในโรคต่างๆ ของมนุษย์และการซ่อมแซมเนื้อเยื่อ

การศึกษานี้เป็นหนึ่งในชุดเอกสารที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 1 พฤษภาคมโดยสมาชิกในทีมวิจัยสหสาขาวิชา ซึ่งออกแบบมาเพื่อวางรากฐานสำหรับความเข้าใจ – ในระดับร่างกายทั้งหมดและระดับโมเลกุล – ว่าเนื้อเยื่อและเซลล์ของเราตอบสนองต่อการออกกำลังกายอย่างไร

“เราทุกคนต่างรู้ดีว่าการออกกำลังกายนั้นดีต่อเรา” สตีเฟน มอนต์โกเมอรี ศาสตราจารย์สาขาพยาธิวิทยา กล่าว “แต่เรารู้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับสัญญาณโมเลกุลที่เกิดขึ้นทั่วร่างกายเมื่อผู้คนออกกำลังกาย หรือการเปลี่ยนแปลงสัญญาณดังกล่าวอาจเกิดจากการออกกำลังกายได้อย่างไร การศึกษาของเราเป็นการศึกษาครั้งแรกที่ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลในระดับร่างกายทั้งหมด ตั้งแต่โปรตีนไปจนถึงยีน เมตาบอไลต์ ไขมัน และการผลิตพลังงาน นับเป็นการจัดทำโปรไฟล์ที่ครอบคลุมที่สุดของผลกระทบของการออกกำลังกายจนถึงปัจจุบัน และยังสร้างแผนที่สำคัญที่แสดงให้เห็นว่าการออกกำลังกายนั้นเปลี่ยนแปลงร่างกายอย่างไร”

มอนต์โกเมอรี ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ด้านพันธุศาสตร์และวิทยาศาสตร์ข้อมูลชีวการแพทย์ คือผู้เขียนอาวุโสของบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature

มุมมองที่ประสานกันของการออกกำลังกาย

นักวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาวิจัยและสิ่งพิมพ์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้องเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มระดับชาติที่เรียกว่า Molecular Transducers of Physical Activity Consortium หรือ MoTrPAC ซึ่งจัดโดยสถาบันสุขภาพแห่งชาติ โครงการนี้เปิดตัวในปี 2015 เพื่อศึกษาโดยละเอียดว่าการออกกำลังกายช่วยปรับปรุงสุขภาพและป้องกันโรคได้อย่างไร

ทีมแพทย์จากมหาวิทยาลัย Stanford ได้ทำการศึกษาวิจัยอย่างหนักเกี่ยวกับผลของการฝึกความอดทนเป็นเวลาแปดสัปดาห์ต่อการแสดงออกของยีน (ทรานสคริปโตม) โปรตีน (โปรตีโอม) ไขมัน (ลิพิโดม) เมตาบอไลต์ (เมตาโบโลม) รูปแบบของแท็กเคมีที่ติดบน DNA (เอพิจีโนม) ระบบภูมิคุ้มกัน และอื่นๆ อีกมากมาย

พวกเขาทำการทดสอบ 9,466 ครั้งกับเนื้อเยื่อหลายชนิดในหนูที่ได้รับการฝึกให้วิ่งในระยะทางที่เพิ่มมากขึ้น และเปรียบเทียบผลลัพธ์กับหนูที่วิ่งเล่นอยู่ในกรง พวกเขาเน้นที่กล้ามเนื้อขา หัวใจ ตับ ไต และเนื้อเยื่อไขมันสีขาว (ประเภทของไขมันที่สะสมเมื่อคุณเพิ่มน้ำหนัก) เนื้อเยื่ออื่นๆ ได้แก่ ปอด สมอง และเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาล (ประเภทของไขมันที่มีการเผาผลาญมากกว่าซึ่งช่วยเผาผลาญแคลอรี)

การวิเคราะห์หลายๆ แบบและเนื้อเยื่อหลายประเภทรวมกันได้ผลลัพธ์เป็นจำนวนหลายแสนผลลัพธ์สำหรับการเปลี่ยนแปลงที่ไม่ใช่ทางเอพิเจเนติกส์และการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกันมากกว่า 2 ล้านรายการในเอพิเจโนม ผลลัพธ์เหล่านี้จะทำให้เหล่านักวิทยาศาสตร์ต้องทำงานหนักไปอีกหลายปี

แม้ว่าการศึกษานี้มีวัตถุประสงค์หลักเพื่อสร้างฐานข้อมูลสำหรับการวิเคราะห์ในอนาคต แต่ก็มีผลลัพธ์ที่น่าสนใจบางประการที่เกิดขึ้นแล้ว ประการแรก พวกเขาสังเกตว่าการแสดงออกของยีน 22 ตัวเปลี่ยนไปเมื่อออกกำลังกายในเนื้อเยื่อทั้ง 6 ส่วนที่มุ่งเน้น

ยีนจำนวนมากเกี่ยวข้องกับสิ่งที่เรียกว่าเส้นทางช็อกความร้อน ซึ่งทำหน้าที่รักษาเสถียรภาพของโครงสร้างโปรตีนเมื่อเซลล์เผชิญกับความเครียด ไม่ว่าจะเป็นการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การติดเชื้อ หรือการปรับโครงสร้างของเนื้อเยื่อ ยีนอื่นๆ เกี่ยวข้องกับเส้นทางที่ลดความดันโลหิตและเพิ่มความไวของร่างกายต่ออินซูลิน ซึ่งจะช่วยลดระดับน้ำตาลในเลือด

นักวิจัยยังสังเกตอีกว่า การแสดงออกของยีนหลายชนิดที่เชื่อมโยงกับโรคเบาหวานชนิดที่ 2 โรคหัวใจ โรคอ้วน และโรคไตลดลงในหนูที่ออกกำลังกายเมื่อเปรียบเทียบกับหนูที่ออกกำลังกายแบบปกติ ซึ่งบ่งชี้ชัดเจนถึงความเชื่อมโยงระหว่างการวิจัยของหนูเหล่านี้กับสุขภาพของมนุษย์

ความแตกต่างทางเพศ

ในที่สุด พวกเขาพบความแตกต่างทางเพศในการตอบสนองของเนื้อเยื่อต่างๆ ในหนูตัวผู้และตัวเมียต่อการออกกำลังกาย หนูตัวผู้สูญเสียไขมันในร่างกายประมาณ 5 เปอร์เซ็นต์หลังจากออกกำลังกายเป็นเวลา 8 สัปดาห์ ในขณะที่หนูตัวเมียไม่ได้สูญเสียไขมันมากนัก (อย่างไรก็ตาม หนูเหล่านี้ยังคงรักษาเปอร์เซ็นต์ไขมันในร่างกายเริ่มต้นเอาไว้ได้ ในขณะที่หนูตัวเมียที่ไม่ค่อยออกกำลังกายกลับมีไขมันเพิ่มขึ้นอีก 4 เปอร์เซ็นต์ตลอดระยะเวลาการศึกษา)

ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดอยู่ที่การแสดงออกของยีนในต่อมหมวกไตของหนู หลังจากผ่านไป 1 สัปดาห์ ยีนที่เกี่ยวข้องกับการผลิตฮอร์โมนสเตียรอยด์ เช่น อะดรีนาลีนและการผลิตพลังงาน เพิ่มขึ้นในหนูตัวผู้ แต่ลดลงในหนูตัวเมีย

แม้ว่าจะมีความเชื่อมโยงที่น่าสนใจในช่วงแรกๆ เหล่านี้ แต่บรรดานักวิจัยก็เตือนว่าวิทยาศาสตร์การออกกำลังกายยังห่างไกลจากความสมบูรณ์แบบ ในความเป็นจริง มันเพิ่งจะเริ่มต้นเท่านั้น แต่อนาคตก็ดูสดใส

มอนต์โกเมอรีกล่าวว่า “ในระยะยาว เราไม่น่าจะพบวิธีการแทรกแซงที่วิเศษเพียงวิธีเดียวที่เลียนแบบการออกกำลังกายได้ทุกอย่าง แต่เราสามารถเข้าใกล้แนวคิดของการออกกำลังกายที่แม่นยำมากขึ้นได้ โดยคำแนะนำเฉพาะบุคคลตามพันธุกรรม เพศ อายุ หรือสภาวะทางการแพทย์อื่นๆ ของบุคคล เพื่อให้เกิดการตอบสนองที่เป็นประโยชน์ต่อร่างกายทั้งหมด”