Jak cvičení ovlivňuje geny a ostatní procesy v těle

 

Dr. Mercola

Prakticky každý bude souhlasit s tím, že cvičenípříznivé účinky na zdravotní stav, ale málokdo ví, jaké mechanismy jsou za to zodpovědné.

Výzkumy zabývající se fitness už značně pokročily a moderní věda učinila mnoho zajímavých zjištění, které odpovídají na otázku, jak cvičení ovlivňuje tělo a zlepšuje zdravotní stav.

Část odpovědi spočívá ve schopnosti cvičení ovlivnit genovou expresi, při které se některé geny aktivují a některé deaktivují. V New York Times byl nedávno publikován článek, který na základě nejnovějších výzkumů na toto téma prohlásil:

„Lidský genom je charakteristický pro svou neuvěřitelnou komplexnost a dynamičnost, řídí neustálé zapínání a vypínání genů na základě toho, jaké biochemické signály přijímá z těla. Pokud jsou geny zapnuté, vysílají proteiny, které spouští fyziologické reakce v jiných částech těla.“

Epigenetika cvičení

Genová exprese není pevně daná, a tak může být upravena vlivy z venku genu. Ovlivněno může být fungování genu, ale samotné DNA se nezmění. Takový proces se nazývá epigentika a probíhá především skrz methylaci DNA. Článek z New York Times uvádí:

„Během methylace se svazky atomů, tzv. methylové skupiny, zvenčí připojí ke genu jako mikroskopičtí měkkýši a víceméně umožní genu přijmout a reagovat na biochemické signály těla.“

Methylační vzorce mohou být pozměněny řadou faktorů životního stylu, jako je strava a cvičení. Také vystavení toxickým látkám ovlivňuje genetickou expresi tím, že pozmění typy proteinů, které určitý gen vysílá.

Proto pro váš zdravotní stav a vývoj nemocí hraje prostředí, strava a celkový životní styl významnou roli. Co se týče sportu, předešlé studie zjistily, že cvičení může zredukovat přímé změny v methylačních vzorcích genů, které se nacházejí v buňkách svalů.

Studie publikovaná v časopise Cell Metabolism z roku 2012 ukázala, že zatímco genetický kód ve svalech zůstavá stejný, intenzivní cvičení, dokonce i krátké, způsobuje stavební a chemické změny v molekulách DNA ve svalech.

Toto aktivování genu je spuštěno kontrakcí svalů a aktivace je součástí řetězce událostí, které vedou ke genetickému přeprogramování svalů pro sílu – a ke stavebním a metabolickým přínosům cvičení.

Některé z genů, které jsou ovlivněny prudkým cvičení, jsou geny zapojující se do metabolismu tuků. Ze studií vyplývá, že při cvičení začne  v těle téměř okamžitě  probíhat genetická aktivace a ta zvyšuje produkci proteinů likvidující tuk.

Nedávné studie zároveň identifikovaly a změřily celou řadu biochemických změn, které se objevují při cvičení. Je zasaženo více než 20 různých metabolitů, včetně sloučenin, které pomáhají stabilizovat cukr v krvi. Všechny tyto biochemické změny vytvářejí pozitivní smyčku zpětné vazby a mají za následek zlepšený zdravotní stav a fyzický výkon.

Jak vytrvalostní cvičení ovlivňuje geny

Tyto poznatky nás vedou k další otázce: „Má vytrvalostní trénink (oproti krátkému intenzivnímu cvičení) také vliv na metylaci, a pokud ano, jaký? Švédská studie zveřejněná v prosinci 2014 se rozhodla objasnit tuto otázku.

V uvedeném článku se píše:

Vědci z Institute Karolinska ve Stockholmu se zaměřili na 23 mladých a zdravých mužů a žen. Nejprve u nich v laboratoři provedli řadu výkonnostních a zdravotnických testů, včetně svalové biopsie. Pak je požádali, aby tři měsíce posilovali jenom polovinu dolní části těla.

Skutečnost, že metylační vzorce ovlivňuje tolik aspektů našeho života, a proto je těžké izolovat účinky cvičení od účinků stravy nebo jiných návyků, byla jednou z překážek při zkoumání epigenetických změn v minulosti.

Nyní však vědci nad touto překážkou vyzráli jednoduchým opatřením. Nechali dobrovolníky jezdit na kole pouze jednou nohou, zatímco tu druhou nechali bez cvičení.

Proto se každý člověk stal kontrolní skupinou sám sobě. Metylační vzorce na obou nohou byly ovlivněny po celý život, avšak noha, která při cvičení zabírala, vykazovala změny související se cvičením.“

Dobrovolníci se věnovali cvičení, při kterém zabírala jen jedna noha, v mírném tempu 45 minut čtyřikrát týdně po dobu tří měsíců. Výsledek? Jak se dalo očekávat, posilovaná noha byla silnější než ta druhá a to upevnilo tvrzení, že cvičení vede k fyzickému zlepšení.

Nicméně, genetické změny v buňkách svalů odhalily daleko více. Více než 5 000 míst v genomu svalových buněk odebraných biopsií ze cvičené nohy vykazovalo pozměněné methylační vzorce. Oproti tomu se v buňkách necvičné nohy neobjevily žádné změny. Většina metylačních změn ve cvičené noze hrají roli při:

  • Energetickém metabolismu
  • Reakci na inzulin
  • Zánětu svalů

Vytrvalostní trénink vs. Vysoce intenzivní trénink

Je celkem zřejmé, že cvičení ve všech formách má pozitivní účinek. Ovlivňuje celé tělo a celkový zdravotní stav. Má prospěšný vliv na inzulinovou reakci (normalizuje úrovně glukózy a inzulinu tím, že optimalizuje citlivost inzulinového receptoru) a tento vliv je nejdůležitějším přínosem cvičení, protože odolnost na inzulin je podstatným faktorem ve většině chronických onemocnění. Podle přední autorky Malene Lindholmové:

Díky vytrvalostnímu tréninku, který představuje dostupnou a finančně nenáročnou změnu životního stylu, můžeme ovlivnit změny, které mají vliv na to, jak využíváme naše geny a tím se svaly stávají zdravější a více funkční, což celkově zlepšuje kvalitu života.“

Ukázalo se, že vysoce intenzivní intervalový trénink (HIIT) vytváří pozitivní výsledky daleko účinněji než vytrvalostní trénink. Zatímco výše uvedená studie potvrdila, že vytrvalostní cvičení způsobuje genetické změny vedoucí k dobrému zdravotnímu stavu, ukázalo se, že HIIT je v tomto ještě více efektivnější. Více a více výzkumů dokazuje, že při vytrvalostních typech cvičením, jako je například běhání na páse, přicházíte o většinu podstatných přínosů cvičení.

Některé z nejnovějších výzkumů vysoce intenzivního intervalového cvičení se zaměřují na myokiny – skupinu proteinů, které signalizují buňky a jsou produkovány svaly – a jak mohou bojovat proti nemocem, kterými jsou metabolický syndrom a rakovina. Minulý rok jsem o tomto výzkumu mluvil s Dr. Dougem McGuffem. Tyto myokiny, neboli cytokiny tvořené ve svalech, mají protizánětlivou schopnost. Zvyšují citlivost na inzulin a zužitkování glukózy uvnitř svalu. Vysoce intenzivní silové cvičení, také nazývané jako „super-slow strength training,“ je pravděpodobně nejefektivnější způsobem aktivování myokinů.

Je to z toho důvodu, že takové cvičení způsobuje prudkou a hlubokou únavu svalů. Tím se spustí syntéza kontraktilních tkání a všech metabolických součástí, které ji podporují – včetně myokinů. Pokud jste ještě nezařadili vysoce intenzivní cvičení do vašeho tréninkového plánu, důrazně doporučuji s ním začít.

Biologické účinky cvičení

Když se vrátíme k účinkům sportu, víme, že při cvičení probíhá několik biologických procesů. Které části těla jsou přitom ovlivněny?

  • Svaly. Ty kvůli kontrakci a pohybu začnou spotřebovávat glukózu a ATP (Adenosintrifosfát). Pro vytvoření více ATP tělo potřebuje kyslík navíc, proto se dýchání zrychlí a srdce začne pumpovat více krve do svalů. Při nedostatku kyslíku se místo toho vytvoří kyselina mléčná. Malé trhlinky ve svalech zvětší objem svalů a hojením se posílí.
  • Plíce. Protože svaly začnou vyžadovat více kyslíku (může jít až o 15x více kyslíku, než když nesportujete), dýchání se zrychlí. Jakmile se svaly okolo plic nemohou pohybovat rychleji, dosáhli jste něčeho, čemu se říká VO2 max, neboli maximální kapacita využití kyslíku. Čím vyšší je VO2, tím zdatnější jste.
  • Srdce. Jak již bylo zmíněno, při fyzické aktivitě se srdeční tep zvyší, aby se zajistil přísun okysličené krve svalům. Čím trénovanější jste, tím efektivněji to srdce zvládne a tak vydržíte cvičit déle a intenzivněji. A jako vedlejší účinek této efektivnosti se sníží klidový srdeční tep. Navíc se začnou vytvářet nové krevní cévy a sníží se krevní tlak.
  • Klouby a kosti. Cvičení je může zatížit až pěti nebo šestinásobně vaší tělesné hmotnosti. Maximálního množství kostní hmoty jedinec dosahuje v dospělosti a poté toto množství začne pomalu klesat, ale pro zachování zdravé kostní hmoty během stárnutí vám pomůže cvičení. Zvláště cvičení se závažím je jeden z nejúčinnějších prostředků proti osteoporóze, protože kosti jsou porézní a měkké a když stárnete, tak snadno mohou řídnout a stávat se křehkými, zvláště pokud žijete pasivně.

Cvičení je důležité i pro optimální fungování mozku

Mnoho výzkumů také dokazuje, že cvičení je důležité pro tělo stejně jako pro fungování mozku. Ve skutečnosti je nedílnou součástí k tomu, aby jste zůstali stejně bystří i ve stáří. Zvýšený průtok krve zpočátku dovoluje mozku téměř okamžitě pracovat lépe. To vysvětluje, že se po cvičení cítíte více soustředění. Ovšem daleko důležitější je to, že pravidelné cvičení způsobuje růst nových mozkových buněk. Tyto nové buňky pomáhají zlepšit paměť a učení v hipokampu. Zároveň pomáhají zachovat bílou a šedou hmotu mozkovou a to působí jako prevence proti kognitivní deterioraci, která se objevuje s věkem.

I zde může dojít ke genetickým změnám. Zvýšený průtoku krve umožňuje mozku zapnout či vypnout různé geny a tyto změny nás brání před nemocemi, jako je například Alzheimer či Parkinson. Také je spuštěno hodně neuropřenašečů, jako jsou endorfiny, serotnin, dopamin, glutamát a GABA, přičemž o některých z nich je známo, že hrají roli při regulaci nálady. Není proto překvapivé, že cvičení je jedno z nejefektivnějších preventivních opatření a léčebných strategií proti depresím. Cvičení způsobuje prospěšné změny v mozku třemi základními mechanismy. Těmi jsou:

  • Růst mozkového neurotrofického faktoru (BDNF – brain derived neuurotrophic factor). Cvičení stimuluje produkci proteinu zvaného FNDC5, který pro změnu spouští produkci BDNF. BDNF má mimořádné omlazující schopnosti, v mozku uchovává existující mozkové buňky a zároveň aktivuje kořenové buňky, aby se přeměnily na nové neurony, a tím podněcuje růst mozku.
  • Úbytek BMP a vzestup hladiny Nogginu: kostní morfogenetický protein (BMP: bone-morphogenetic protein) zpomaluje vytváření nových neuronů a tím snižuje neurogenezi. Pokud jsou úrovně BMP vysoké, mozek roste pomaleji a je méně pohotový. Cvičení redukuje vliv BMP, takže dospělé kořenové buňky mohou i nadále plnit své nezbytné funkce pro udržování mozku v pozoru.

V jednom zvířecím experimentu myším, které měly přístup k běhacím kolečkům, během jednoho týdne klesl v mozku BMP o polovinu. Navíc jim znatelně vzrostla hladina dalšího mozkového proteinu s názvem Noggin, který pracuje jako protivník BMP. Cvičení tak nejen snižuje škodlivé účinky BMP, ale také podporuje produkci prospěšného Nogginu. Tato komplexní souhra BMP a Nogginu se zdá být dalším vlivným činitelem, který pomáhá zabezpečit bujení a mladí vašich neuronů.

  • Redukce utváření destiček: Tím, že se změní způsob usazování škodlivých proteinů v mozku, cvičení může zpomalit vývoj Alzheimerovi choroby.

Cvičení doplňuje účinky zdravého životního stylu

Za pozitivní účinky, které má zdravý životní styl na váš organismus, je z 80 % zodpovědná strava. Ovšem cvičení je konečný vlivný činitel, který doplňuje všechny tyto účinky. Čím dříve začnete a čím důslednější budete, tím větší budou dlouhodobé výsledky. Nikdy není pozdě začít a vhodným cvičebním programem mohou dokonce i senioři zlepšit své fyzické a psychické zdraví, nemluvě o tělesných funkcích. Silový trénink je zvláště důležitý pro starší lidi, a „super-slow strength training“ je bezpečnější a efektivnější než mnoho dalších alternativ.

Jsem toho názoru, že vysoce intenzivní intervalový trénink pomáhá znásobit zdravotní výhody cvičení, zároveň je nejefektivnější a vyžaduje nejméně času. Nicméně ideální je, když zvolíte rozmanitý fitness program, který zahrnuje hodně druhů cvičení.

Zároveň důrazně doporučuji se co nejvíce vyhýbat sezení a dát si předsevzetí každý den ujít o něco více. Mé doporučení je usilovat o 7 000 až 10 000 kroků každý den, avšak ne místo vašeho pravidelného fitness plánu, ale navíc. Výzkumy jasně prokázaly, že dlouhodobé sezení je nezávislým činitelem pro rozvoj chronických nemoci a zvyšuje riziko úmrtí ze všech svých příčin. Pro optimální zdraví je pravidelný fitness režim důležitý stejně tak, jako je vhodné více stát a celkově se více hýbat, a to nejen cvičením.