Взлет физиологии тренировок
Историю физических упражнений нельзя считать полной без упоминания еще одного человека, которого часто считают основателем фитнес-движения. Его зовут Кеннет Купер, он ввел понятие «аэробика», в 1968 году опубликовав одноименную книгу. В книге была представлена система улучшения состояния сердечно-сосудистой системы, которая стала основой метода «десять тысяч шагов в день» – поддержание хорошей физической формы путем ходьбы. Купер – основатель известного Центра аэробики Купера в Далласе и МакКинни в Техасе, где проводят тренировки перед соревнованиями, в том числе перед Олимпийскими играми, многие спортсмены. Он также является основателем некоммерческой исследовательской и обучающей организации – Института Купера, открытого в 1970 году.
С первых исследований Морриса и Пфаффенбергера, которые стали переворотом в представлениях о физической активности, физиология спорта прошла долгий путь. От эмпирических наблюдений она перешла к использованию достижений современной биологии для подробного изучения всех «почему» и «как», возникающих при исследовании ответа организма на физическую нагрузку. Многие новые сведения были добыты в спортивных и исследовательских центрах, основанных Купером. Купер, как Моррис и Пфаффенбергер, был проповедником физических нагрузок и помогал науке развенчивать старые мифы, дающие лентяям оправдания.
Благодаря лабораторным и клиническим исследованиям, которые точно показывают, что происходит, когда мы забираемся на холм, занимаемся силовой йогой, сидим целый день за компьютером или спим на кровати ночью, мы гораздо больше знаем о функционировании организма. Одно дело – случайные или статистические данные о том, какую пользу здоровью приносят физические нагрузки, но совсем другое – точные данные, которые объясняют биохимические явления, начиная с того, как меняется кровообращение, заканчивая изменением экспрессии генов. Под крылом спортивной физиологии появились новые области медицины, и сейчас публикуют тысячи статей об исследованиях в этой сфере. Посмотрите на график, показывающий резкий рост числа исследований, изучающих связь между физической активностью, физическим состоянием и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Он взят из статьи памяти Джереми Морриса, опубликованной к годовщине его смерти в «Annals of Epidemiology». Обратите внимание на разницу между 1990-ми и 2000-ми годами. Стоит отметить, что за последнее десятилетие число исследований в области физической культуры удвоилось.
Количество опубликованных статей по темам физической нагрузки, фитнеса и сердечно-сосудистых заболеваний в 1950–2009 годы. Поисковый запрос в интернете: «физическая активность или физическая форма и сердечно-сосудистые заболевания или коронарная болезнь сердца». Количество статей в каждом временном интервале: 142, 493, 1083, 2939, 33932 и 74162 соответственно.
Источник: S.N. Blair et al. A tribute to Professor Jeremiah Morris: the man who invented the field of physical activity epidemiology. Annals of Epidemiology 20, no. 9 (September 2010): 651–60. Перепечатка с разрешения.
Одним из развивающихся разделов спортивной физиологии, или, как еще говорят, эпидемиологии физической активности, является метаболомика – изучение метаболического профиля с целью обнаружения биохимических паттернов у людей, страдающих тем или иным заболеванием или, напротив, обладающих сниженной вероятностью заболевания. Метаболомика дает возможность увидеть связь между хорошей физической формой и хорошим метаболизмом, при котором не только эффективно сжигаются калории, но и поддерживается гомеостаз, важный процесс, о котором я все время говорю. Это связано с метаболическими изменениями, которые осуществляются в процессе тренировок и которые поддерживают организм в состоянии самоподдерживающегося равновесия. Один из примеров: в исследовании, проведенном коллективом из Массачусетского госпиталя и Института MIT и Гарварда, выявилось, что у людей в хорошей спортивной форме отмечается больше метаболита под названием «ниацинамид», чем у нетренированных. Ниацинамид – побочный продукт метаболизма нутриентов, который задействован в контроле уровня сахара. Фактически группа выявила более 20 метаболитов, количество которых меняется в ходе тренировок. Это естественные соединения, которые помогают сжигать калории и жир и улучшать контроль уровня сахара в крови. О некоторых не знали, что они связаны с физической нагрузкой. Некоторые синтезируются только в процессе тренировки, например стимуляторы сжигания жира, другие задействованы в снижении клеточного стресса во время физической нагрузки.
Исследований, которые доказывают действенность физических упражнений при поддержании здоровья, огромное количество, и надеюсь, что эта область науки продолжит развиваться. Еще одно исследование, проведенное в 2009 году, четко показало, что благодаря физическим нагрузкам мозг синтезирует определенные вещества, обладающие эффектом антидепрессантов. Все, что помогает бороться с депрессией и поддерживать радость, полезно для здоровья. Ученые также выявили, что тренировки стимулируют синтез генного фактора роста нервов под названием VGF. VGF – это небольшие белки, определяющие развитие и сохранность нервных клеток, что связывает тренировки со здоровьем мозга и предотвращением болезни Альцгеймера и деменции. Еще интереснее, что это исследование выявило 33 VGF, которые проявляют активность, меняющуюся при тренировках, притом что до того эти белки никогда не выделяли. Возможно, когда-нибудь мы обнаружим прямую связь между такими молекулярными изменениями и предотвращением рака и других заболеваний, отражающих поломку системы. Некоторые доказательства этого уже существуют.
В основном люди забывают о воздействии старения на организм в целом и на способность поддерживать быстрый метаболизм. С годами происходит не только потеря мышечной массы и силы, но и снижение скорости метаболизма. Однако мы не обращаем внимания на реальные причины набора веса: ведем все более сидячий образ жизни, но не меняем пищевых привычек. Очередные гвозди в крышку гроба вбивают гормональные изменения, ухудшая уже разбалансированный метаболизм. Исследование, проведенное в 2010 году и опубликованное в «Journal of the American Medical Association», показало, что рекомендация 2008 года, в которой говорится о получасе физических упражнений пять дней в неделю, не поможет пожилым людям сбросить вес, если они не уменьшат калорийность рациона. С возрастом на снижение веса требуется больше времени и сил. Результаты исследования более благосклонны к полным людям: упражнения помогают сбросить вес даже без изменения калорийности пищи.
Могут ли тренировки физически обратить старение вспять? Остановка или замедление старения – это одно, а как насчет буквального (и, очевидно, физиологического) поворота? Этот вопрос ознаменовал появление еще одной удивительной области науки. И хотя это кажется фантастикой, уже существуют доказательства возможности такого поворота.
В 2008 году группа канадских и американских ученых доказала, что тренировки могут частично остановить старение на клеточном уровне и повернуть время вспять. В течение полугода добровольцы в возрасте 65 лет и старше проводили силовые тренировки; у них брали биопсию мышечных клеток до и после этого периода. Ученые сравнили полученные клетки с мышечными клетками 26 молодых добровольцев, средний возраст которых был 22 года. Исследователи предполагали получить подтверждение того, что тренировки повышают силу пожилых (действительно повысили на 50 процентов), но были удивлены серьезными изменениями в экспрессии генов. Экспрессия генов в мышечных клетках пожилых добровольцев, прошедших программу, приблизилась к таковой у молодых добровольцев. Другими словами, их профиль экспрессии генов в мышцах напоминал аналогичный у более молодой группы.
С научной точки зрения это очень непросто, но технологии для проведения таких восхитительных экспериментов уже разработаны. Ученые провели сравнение экспрессии шести сотен генов, обнаруженных в мышцах, в начале эксперимента и в его конце. В экспрессии генов были обнаружены существенные отличия между пожилыми и молодыми участниками, что показывает, что с возрастом эти гены становятся более или менее активными. К концу фазы тренировок экспрессия трети генов изменилась, а при более внимательном изучении выяснилось, что изменившиеся гены влияли на работу митохондрий. Митохондрии – это маленькие органеллы в клетках, которые синтезируют топливо для клеток из кислорода и нутриентов; они – главный генератор энергии в клетках. Впоследствии результаты этого исследования были подтверждены другими примечательными работами.
Многие ученые считают, что потеря здоровых митохондрий – важная причина старения млекопитающих. В митохондриях есть своя ДНК, существующая отдельно от генетического материала клетки, и митохондрии размножаются самостоятельно. Но в них накапливаются небольшие генетические мутации, которые в нормальных условиях корректируются специальной ремонтной системой клетки. С течением времени мы стареем, количество мутаций превышает способность системы к саморемонту, митохондрии начинают функционировать неправильно и умирать. В результате появляются такие признаки старения, как уменьшение объема мышц и мозга, выпадение и поседение волос – и вскоре мы становимся старыми на вид и по сути. Эксперименты на мышах показали, что те, кто поддерживает здоровье митохондрий физической активностью, достоверно живут дольше, чем малоподвижные. Они и стареют лучше.
