Ganzkörper-Molekularkarte erklärt, warum Bewegung so gut ist für Sie

Bewegung verbessert nicht nur die Muskelkraft, verbessert die Herzgesundheit und senkt den Blutzuckerspiegel, sondern hat auch eine Reihe anderer gesundheitlicher Vorteile. Aber wie kann regelmäßiges Laufen auf einem Laufband, Radfahren einen steilen Hügel hinauf oder ein flotter Spaziergang in der Mittagspause eine so schwindelerregende Reihe von gesundheitlichen Vorteilen bringen?

Dank einer neuen, umfangreichen Studie der Stanford Medical School sind wir der Beantwortung dieser Frage näher gekommen. Die Forscher nahmen fast 10.000 Messungen an fast 20 Gewebetypen vor, um die Auswirkungen von acht Wochen Ausdauertraining an Laborratten zu untersuchen, die darauf trainiert waren, auf Laufbändern in Nagetiergröße zu laufen.

Ihre Ergebnisse unterstreichen die dramatischen Auswirkungen von Training auf das Immunsystem, die Stressreaktion, die Energieproduktion und den Stoffwechsel. Sie fanden signifikante Verbindungen zwischen Training, Molekülen und Genen, von denen bereits bekannt ist, dass sie bei einer Vielzahl menschlicher Krankheiten und der Gewebereparatur eine Rolle spielen.

Die Studie ist eine von einer Reihe von Artikeln, die am 1. Mai von Mitgliedern eines multidisziplinären Forschungsteams veröffentlicht wurden und die Grundlage für das Verständnis der Reaktion unserer Gewebe und Zellen auf Training auf Ganzkörper- und molekularer Ebene legen sollen.

„Wir alle wissen, dass Training gut für uns ist“, sagt Pathologieprofessor Stephen Montgomery, Ph.D. „Aber wir wissen wenig über die molekularen Signale, die im gesamten Körper auftreten, wenn Menschen trainieren, oder wie sie sich durch Training verändern können. Unsere Studie ist die erste, die molekulare Veränderungen im gesamten Körper untersucht, von Proteinen über Gene, Metaboliten und Fette bis hin zur Energieproduktion. Dies ist die bisher umfassendste Profilierung der Auswirkungen von Sport und sie erstellt eine wichtige Karte darüber, wie Sport den Körper verändert."

Montgomery, der auch Professor für Genetik und biomedizinische Datenwissenschaft ist, ist Hauptautor des in Nature veröffentlichten Artikels.

Eine koordinierte Sicht auf Sport

Die an der Studie und anderen gleichzeitigen Veröffentlichungen beteiligten Forscher sind Teil einer nationalen Gruppe namens Molecular Transducers of Physical Activity Consortium oder MoTrPAC, die von den National Institutes of Health organisiert wird. Diese Initiative wurde 2015 ins Leben gerufen, um im Detail zu untersuchen, wie Sport die Gesundheit verbessert und Krankheiten vorbeugt.

Das Team von Stanford Medicine hat den größten Teil der Arbeit geleistet und die Auswirkungen von acht Wochen Ausdauertraining auf die Expression von Genen (Transkriptom), Proteinen (Proteom), Fetten (Lipidom), Metaboliten (Metabolom) und das Muster chemischer Markierungen auf DNA (Epigenom), Immunsystem und Immunsystem untersucht. System usw.

Sie führten 9.466 Analysen an mehreren Geweben von Ratten durch, die darauf trainiert waren, immer größere Distanzen zu laufen, und verglichen die Ergebnisse mit denen von Ratten, die in ihren Käfigen herumlungerten. Sie schenkten den Beinmuskeln, dem Herzen, der Leber, den Nieren und dem weißen Fettgewebe (eine Art Fett, die sich bei zunehmendem Gewicht ansammelt) besondere Aufmerksamkeit; andere Gewebe waren Lungen, Gehirn und braunes Fettgewebe (eine metabolisch aktivere Art von Fett, die hilft, Kalorien zu verbrennen).

Die Kombination mehrerer Tests und Gewebearten ergab Hunderttausende Ergebnisse für nicht-epigenetische Veränderungen und mehr als 2 Millionen verschiedene Veränderungen im Epigenom. Diese Ergebnisse werden die Wissenschaftler noch jahrelang beschäftigen.

Obwohl diese Studie in erster Linie dazu diente, eine Datenbank für zukünftige Analysen zu erstellen, sind bereits einige interessante Ergebnisse aufgetaucht. Zunächst stellten sie fest, dass sich die Expression von 22 Genen durch Bewegung in allen sechs Geweben, auf die sie sich konzentrierten, veränderte.

Viele dieser Gene waren an sogenannten Hitzeschockpfaden beteiligt, die die Proteinstruktur stabilisieren, wenn Zellen Stress ausgesetzt sind, darunter Temperaturschwankungen, Infektionen oder Gewebeumbau. Andere Gene wurden mit Pfaden in Verbindung gebracht, die den Blutdruck senken und die Insulinempfindlichkeit des Körpers erhöhen, was den Blutzucker senkt.

Die Forscher stellten auch fest, dass die Expression mehrerer Gene, die mit Typ-2-Diabetes, Herzkrankheiten, Fettleibigkeit und Nierenkrankheiten in Zusammenhang stehen, bei Ratten, die Sport trieben, im Vergleich zu ihren sitzenden Artgenossen reduziert war, was eindeutig auf einen Zusammenhang zwischen ihrer Forschung und der menschlichen Gesundheit hinweist.

Geschlechtsunterschiede

Schließlich stellten sie fest, dass es geschlechtsspezifische Unterschiede in der Reaktion verschiedener Gewebe bei männlichen und weiblichen Ratten auf Sport gab. Männliche Ratten verloren nach acht Wochen Sport etwa 5 % ihres Fetts, während weibliche Ratten keine nennenswerte Menge Fett verloren. (Sie behielten jedoch ihren anfänglichen Körperfettanteil bei, während die sessilen Weibchen im Laufe der Studie weitere 4 % Körperfett zulegten.)

Den größten Unterschied konnte jedoch die Genexpression in den Nebennieren der Ratten beobachten. Nach einer Woche nahmen Gene, die mit der Produktion von Steroidhormonen wie Adrenalin und der Energieproduktion in Zusammenhang stehen, bei männlichen Ratten zu, bei weiblichen Ratten jedoch ab.

Trotz dieser frühen, verlockenden Assoziationen warnen Forscher, dass die Wissenschaft des Trainings noch lange nicht abgeschlossen ist. Vielmehr ist dies erst der Anfang. Aber die Zukunft sieht vielversprechend aus.

„Langfristig ist es unwahrscheinlich, dass wir eine magische Intervention finden, die alles nachahmt, was Sport für einen Menschen tun kann“, sagte Montgomery. „Aber wir können uns der Idee des Präzisionstrainings nähern – maßgeschneiderte Empfehlungen basierend auf der Genetik, dem Geschlecht, dem Alter oder anderen medizinischen Bedingungen einer Person, um positive Ganzkörperreaktionen zu erzielen.“