В современном мире люди ведут преимущественно малоподвижный образ жизни. Занятия спортом позволяют нейтрализовать вред гиподинамии, которая приводит к ожирению, тромбозам, тахикардии и усталости. Но польза спорта не ограничивается этими всеобще известными фактами. Каждый год ученые находят всё новые подтверждения тому, что физическая активность мешает развитию диабета, рака и нервных расстройств. Раскрытие механизмов, обеспечивающих эти благоприятные эффекты упражнений — перспективное направление в молекулярной биологии.

Бегом от рака

Датские ученые продемонстрировали механизм, благодаря которому физические упражнения замедляют или даже полностью предотвращают развитие злокачественных опухолей. Наука приблизилась к пониманию сложной взаимосвязи онкогенеза и работы иммунной системы.

Занятия спортом — это прежде всего стресс. Но не психологический, а клеточный. При выполнении физических упражнений мышцы выпускают в кровь много гормоноподобных белков — цитокинов. Некоторые из этих веществ могут самостоятельно подавлять развитие определенных видов рака, но до сих пор показать это удавалось лишь косвенно: эксперименты велись либо на культурах клеток, либо на здоровых животных.

Эффект физических упражнений был проверен датскими биологами на пяти мышиных моделях рака. Во всех случаях эффект был строго положительным. Например, четыре недели бега в колесе (в среднем по 4 км в день) перед пересадкой меланомы замедлили рост опухоли на 61% (рис. 1). В модели карциномы легких Льюиса бег вдвое уменьшил объем опухоли и предотвратил потерю веса. Бег также почти вдвое сократил частоту возникновения рака печени при введении в кровь канцерогена — диэтилнитрозамина [1].

Ранее в исследованиях на людях ученые тоже неоднократно показывали пользу физических упражнений при разных видах опухолей, но ограниченность методов не позволяла заглянуть в механизм этого феномена [2]. Мышиные модели предоставляют экспериментаторам гораздо бόльшую свободу действий.

Дифференциальный анализ генной экспрессии в упражняющихся и малоподвижных мышах выявил 92 гена, многие из которых вовлечены в реакции иммунного ответа. Иммунитет в онкологии — вещь неоднозначная: с одной стороны, он помогает бороться с опухолью, но с другой — хроническое воспаление может ухудшить прогноз. Многие исследования рака направлены на создание таких условий, в которых иммунная реакция оказывает только положительный эффект.

Похоже, что физическая нагрузка создает как раз такие условия. В проверенных моделях из-за выделяющегося при беге адреналина естественные киллеры покидают селезенку, а цитокин IL6 способствует их инфильтрации в опухоль, где они уничтожают раковые клетки. При этом два вещества действуют синергично: введение в кровь только адреналина лишь частично повторяет эффект бега, а IL6 в одиночку вообще не действует [1].

Вероятней всего, в людях действует аналогичный механизм. Так что теперь причин заниматься спортом стало на одну больше.

Зарядка для мозгов

Спорт улучшает и психическое состояние человека. Ранее считалось, что это объясняется сугубо социопсихологическими факторами. Занятия спортом одобряются обществом, что помогает человеку чувствовать себя нормальным. Некоторые используют занятия спортом как способ отвлечься от проблем. К тому же повышение тонуса организма позволяет преодолеть хроническую усталость, сопутствующую депрессии, а набранная мышечная масса или сброшенный вес предоставляют повод для гордости [3].

Но как оказывается, физические упражнения действуют на нервную систему не столь опосредованно. У людей, страдающих депрессией и болезнью Альцгеймера, как в крови, так и в мозге понижен уровень нейротрофического (нейротропного) фактора мозга (brain-derived neurotrophic factor, BDNF). При физической активности повышается концентрация BDNF в крови, мышцах [4] и мозге [5]. Рост уровня BDNF в мозге бегающих мышей сопряжен с улучшением пространственного мышления [6] и способствует делению нейронов в зубчатой фасции — участке гиппокампа, ответственном за эпизодическую память и плохое настроение (рис. 2). При этом BDNF в гиппокампе повышает экспрессию белков, вовлеченных в механизмы памяти [7].

BDNF — не единственный посредник между спортом и хорошим настроением. Спортсмены во время продолжительного бега сообщают о внезапном чувстве легкости и эйфории. Эйфория бегуна (явление, известное в англоговорящем мире как «runner’s high») связана с выработкой при беге эндоканнабиноидов как в периферической, так и в центральной нервной системе. Молекулярные механизмы этого явления были проверены на мышах, которые после бега проявляли пониженные тревожность и болевую чувствительность. Количественно оценить собственно эйфорию у мышей, к сожалению, не удалось [8].

Занятия спортом способствуют стрессоустойчивости. Психологический стресс приводит к выбросу в кровь гормона кортизола. При физической нагрузке тоже вырабатывается кортизол, который в течение нескольких часов отдыха переводится в неактивную форму — кортизон [9, 10]. При психологическом стрессе, наоборот, кортизол накапливается в организме. Хронически повышенный уровень кортизола приводит к анорексии, гипертензии, гипергликемии и депрессии. Инактивация кортизола, происходящая у тренированных людей, помогает им легче переносить нервное напряжение и избавляет от его последствий.

Когда Джордж Форман вернул себе титул, это здорово задело меня за живое. Тоже захотелось вернуться. Но потом наступило утро — пора было выходить на пробежку. Я лег обратно в постель и сказал: “Ладно, всё равно я самый великий”.

Литература

1. S. Casla, P. Hojman, I. Márquez-Rodas, S. López-Tarruella, Y. Jerez, et. al.. (2015). Running away from side effects: physical exercise as a complementary intervention for breast cancer patients. Clin Transl Oncol. 17, 180-196;
2. Line Pedersen, Manja Idorn, Gitte H. Olofsson, Britt Lauenborg, Intawat Nookaew, et. al.. (2016). Voluntary Running Suppresses Tumor Growth through Epinephrine- and IL-6-Dependent NK Cell Mobilization and Redistribution. Cell Metabolism. 23, 554-562;
3. B. K. Pedersen, B. Saltin. (2015). Exercise as medicine - evidence for prescribing exercise as therapy in 26 different chronic diseases. Scand J Med Sci Sports. 25, 1-72;
4. V. B. Matthews, M.-B. Åström, M. H. S. Chan, C. R. Bruce, K. S. Krabbe, et. al.. (2009). Brain-derived neurotrophic factor is produced by skeletal muscle cells in response to contraction and enhances fat oxidation via activation of AMP-activated protein kinase. Diabetologia. 52, 1409-1418;
5. Carl W. Cotman, Nicole C. Berchtold, Lori-Ann Christie. (2007). Exercise builds brain health: key roles of growth factor cascades and inflammation. Trends in Neurosciences. 30, 464-472;
6. Jingyu Xiong, Shicheng Li, Yaxin Sun, Xiaoshuang Zhang, Zhizhang Dong, et. al.. (2015). Long-term treadmill exercise improves spatial memory of male appswe/ps1de9 mice by regulation of bdnf expression and microglia activation. Biol Sport. 32, 295-300;
7. J Farmer, X Zhao, H van Praag, K Wodtke, F.H Gage, B.R Christie. (2004). Effects of voluntary exercise on synaptic plasticity and gene expression in the dentate gyrus of adult male sprague–dawley rats in vivo. Neuroscience. 124, 71-79;
8. Johannes Fuss, Jörg Steinle, Laura Bindila, Matthias K. Auer, Hartmut Kirchherr, et. al.. (2015). A runner’s high depends on cannabinoid receptors in mice. Proc Natl Acad Sci USA. 112, 13105-13108;
9. Z. Labsy, F. Prieur, B. Le Panse, M.-C. Do, O. Gagey, et. al.. (2013). The diurnal patterns of cortisol and dehydroepiandrosterone in relation to intense aerobic exercise in recreationally trained soccer players. Stress. 16, 261-265;
10. Gouarné C., Groussard C., Gratas-Delamarche A., Delamarche P., Duclos M. (2005). Overnight urinary cortisol and cortisone add new insights into adaptation to training. Med. Sci. Sports Exerc. 37, 1157–1167.