แผนที่โมเลกุลทั้งร่างกายอธิบายว่าเหตุใดการออกกำลังกายจึงดีสำหรับคุณ

การออกกำลังกายไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความแข็งแรงของกล้ามเนื้อ ปรับปรุงสุขภาพของหัวใจ และลดระดับน้ำตาลในเลือด แต่ยังมีประโยชน์ต่อสุขภาพอื่นๆ อีกด้วย แต่การวิ่งบนลู่วิ่งเป็นประจำ การปั่นจักรยานขึ้นเขาสูงชัน หรือการเดินเร็ว ๆ ในเวลาอาหารกลางวันจะก่อให้เกิดประโยชน์ต่อสุขภาพมากมายได้อย่างไร

เราใกล้จะตอบคำถามนี้มากขึ้นแล้ว เนื่องจากมีการศึกษาใหม่ที่ครอบคลุมซึ่งจัดทำโดย Stanford Medical School นักวิจัยทำการวัดเกือบ 10,000 ครั้งในเนื้อเยื่อเกือบ 20 ประเภทเพื่อตรวจสอบผลของการออกกำลังกายเพื่อความอดทนเป็นเวลา 8 สัปดาห์ในหนูทดลองที่ได้รับการฝึกให้วิ่งบนลู่วิ่งขนาดเท่าหนู

การค้นพบนี้เน้นย้ำถึงผลลัพธ์ที่น่าทึ่งของการออกกำลังกายต่อระบบภูมิคุ้มกัน การตอบสนองต่อความเครียด การผลิตพลังงาน และการเผาผลาญ พวกเขาพบความเชื่อมโยงที่สำคัญระหว่างการออกกำลังกาย โมเลกุล และยีนที่ทราบอยู่แล้วว่ามีบทบาทต่อโรคต่างๆ ของมนุษย์และการซ่อมแซมเนื้อเยื่อ

การศึกษานี้เป็นหนึ่งในชุดบทความวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 1 พฤษภาคมโดยสมาชิกของทีมวิจัยสหสาขาวิชาชีพที่ออกแบบมาเพื่อวางรากฐานสำหรับการทำความเข้าใจว่าเนื้อเยื่อและเซลล์ของเราตอบสนองต่อการออกกำลังกายอย่างไร

หน้า>

“เราทุกคนรู้ดีว่าการออกกำลังกายนั้นดีสำหรับเรา” ศาสตราจารย์ด้านพยาธิวิทยา Stephen Montgomery, Ph.D. กล่าว “แต่เรารู้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับสัญญาณระดับโมเลกุลที่เกิดขึ้นทั่วร่างกายเมื่อผู้คนออกกำลังกาย หรือการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นกับการออกกำลังกาย การศึกษาของเราเป็นครั้งแรกที่ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลในระดับร่างกาย ตั้งแต่โปรตีนไปจนถึงยีน สารเมตาบอไลต์ ไขมัน และการผลิตพลังงาน นี่เป็นการรวบรวมประวัติผลของการออกกำลังกายที่ครอบคลุมมากที่สุดจนถึงปัจจุบัน และสร้างแผนที่สำคัญว่าการออกกำลังกายเปลี่ยนแปลงร่างกายอย่างไร"

มอนต์โกเมอรี่ ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ด้านพันธุศาสตร์และวิทยาศาสตร์ข้อมูลชีวการแพทย์ด้วย เป็นผู้เขียนอาวุโสของรายงานที่ตีพิมพ์ใน ธรรมชาติ

มุมมองการออกกำลังกายที่ประสานกัน

นักวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้และสิ่งพิมพ์พร้อมกันอื่นๆ เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มระดับชาติที่เรียกว่า Molecular Transducers of Physical Activity Consortium หรือ MoTrPAC ซึ่งจัดโดยสถาบันสุขภาพแห่งชาติ โครงการริเริ่มนี้เปิดตัวในปี 2015 เพื่อศึกษารายละเอียดว่าการออกกำลังกายทำให้สุขภาพดีขึ้นและป้องกันโรคได้อย่างไร

ทีมการแพทย์ของ Stanford ทำการยกของหนักเป็นส่วนใหญ่ โดยศึกษาผลของการฝึกความอดทนแปดสัปดาห์ต่อการแสดงออกของยีน (การถอดเสียง) โปรตีน (โปรตีโอม) ไขมัน (ลิพิโทม) สารเมตาบอไลต์ (เมตาโบโลม) และรูปแบบ ของเครื่องหมายทางเคมีบน DNA (อีพิจีโนม) ระบบภูมิคุ้มกัน ฯลฯ

พวกเขาทำการวิเคราะห์ 9,466 ครั้งในเนื้อเยื่อต่างๆ จากหนูที่ได้รับการฝึกให้วิ่งในระยะทางที่เพิ่มขึ้น และเปรียบเทียบผลลัพธ์กับหนูที่นอนอยู่ในกรง พวกเขาให้ความสนใจเป็นพิเศษกับกล้ามเนื้อขา หัวใจ ตับ ไต และเนื้อเยื่อไขมันสีขาว (ไขมันชนิดหนึ่งที่สะสมเมื่อน้ำหนักเพิ่มขึ้น) เนื้อเยื่ออื่นๆ ได้แก่ ปอด สมอง และเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาล (ไขมันประเภทที่มีฤทธิ์ในการเผาผลาญมากกว่าที่ช่วยเผาผลาญแคลอรี)

การรวมกันของการตรวจวิเคราะห์และเนื้อเยื่อหลายประเภทร่วมกันให้ผลลัพธ์นับแสนสำหรับการเปลี่ยนแปลงที่ไม่ใช่อีพีเจเนติกส์ และการเปลี่ยนแปลงอีพิจีโนมที่แตกต่างกันมากกว่า 2 ล้านครั้ง ผลลัพธ์เหล่านี้จะทำให้นักวิทยาศาสตร์มีงานยุ่งไปหลายปีต่อๆ ไป

แม้ว่าการศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างฐานข้อมูลสำหรับการวิเคราะห์ในอนาคตเป็นหลัก แต่ก็มีผลลัพธ์ที่น่าสนใจบางประการเกิดขึ้นแล้ว ประการแรก พวกเขาสังเกตว่าการแสดงออกของยีน 22 ยีนเปลี่ยนไปตามการออกกำลังกายในเนื้อเยื่อทั้ง 6 ที่พวกเขามุ่งเน้น

ยีนเหล่านี้จำนวนมากเกี่ยวข้องกับสิ่งที่เรียกว่าวิถีการเปลี่ยนแปลงของความร้อน ซึ่งทำให้โครงสร้างโปรตีนมีความเสถียรเมื่อเซลล์สัมผัสกับความเครียด รวมถึงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การติดเชื้อ หรือการเปลี่ยนแปลงของเนื้อเยื่อ ยีนอื่นๆ มีส่วนเกี่ยวข้องในวิถีทางที่ลดความดันโลหิตและเพิ่มความไวของร่างกายต่ออินซูลิน ซึ่งทำให้น้ำตาลในเลือดลดลง

นักวิจัยยังตั้งข้อสังเกตอีกว่าการแสดงออกของยีนหลายตัวที่เกี่ยวข้องกับโรคเบาหวานประเภท 2 โรคหัวใจ โรคอ้วน และโรคไตลดลงในหนูที่ออกกำลังกายเมื่อเทียบกับหนูที่อยู่ประจำ ซึ่งแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความเชื่อมโยงระหว่างการวิจัยกับสุขภาพของมนุษย์

ความแตกต่างทางเพศ

สุดท้าย พวกเขาพบความแตกต่างทางเพศว่าเนื้อเยื่อที่แตกต่างกันของหนูตัวผู้และตัวเมียตอบสนองต่อการออกกำลังกายอย่างไร หนูตัวผู้สูญเสียไขมันประมาณ 5% หลังจากออกกำลังกายเป็นเวลาแปดสัปดาห์ ในขณะที่หนูตัวเมียไม่ได้สูญเสียไขมันในปริมาณมากนัก (อย่างไรก็ตาม พวกเขารักษาเปอร์เซ็นต์ไขมันในร่างกายในช่วงเริ่มต้น ในขณะที่ผู้หญิงนั่งมีไขมันในร่างกายเพิ่มขึ้น 4% ตลอดระยะเวลาการศึกษา)

แต่พบความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดในการแสดงออกของยีนในต่อมหมวกไตของหนู หลังจากผ่านไปหนึ่งสัปดาห์ ยีนที่เกี่ยวข้องกับการผลิตฮอร์โมนสเตียรอยด์ เช่น อะดรีนาลีนและการผลิตพลังงานเพิ่มขึ้นในหนูตัวผู้ แต่ลดลงในหนูตัวเมีย

แม้จะมีความสัมพันธ์ที่น่าดึงดูดในช่วงแรกๆ เหล่านี้ แต่นักวิจัยก็เตือนว่าศาสตร์แห่งการออกกำลังกายยังห่างไกลจากความสมบูรณ์ แต่นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น แต่อนาคตก็ดูสดใส

“ในระยะยาว ไม่น่าเป็นไปได้ที่เราจะได้พบกับวิธีการมหัศจรรย์ที่จะเลียนแบบทุกสิ่งที่การออกกำลังกายสามารถทำได้เพื่อบุคคล” มอนต์โกเมอรี่กล่าว “แต่เราสามารถเข้าใกล้แนวคิดเรื่องการออกกำลังกายที่แม่นยำมากขึ้นได้ คำแนะนำที่ปรับให้เหมาะสมโดยพิจารณาจากพันธุกรรม เพศ อายุ หรือสภาวะทางการแพทย์อื่นๆ ของบุคคล เพื่อให้เกิดการตอบสนองที่เป็นประโยชน์ทั้งร่างกาย”