Bản đồ phân tử của toàn bộ cơ thể bạn giải thích tại sao tập thể dục lại tốt cho bạn

Tập thể dục không chỉ giúp tăng sức mạnh cơ bắp, cải thiện sức khỏe tim mạch và giảm lượng đường trong máu; nó còn liên quan đến nhiều lợi ích sức khỏe khác. Nhưng làm thế nào mà việc chạy bộ thường xuyên trên máy chạy bộ, đạp xe leo dốc hoặc đi bộ nhanh vào giờ ăn trưa lại mang lại nhiều lợi ích sức khỏe đáng kinh ngạc như vậy?

Chúng ta đang tiến gần hơn đến câu trả lời cho câu hỏi đó, nhờ vào một nghiên cứu mới quy mô lớn từ Trường Y khoa Stanford. Các nhà nghiên cứu đã thực hiện gần 10.000 phép đo trên gần 20 loại mô để xem tác động của tám tuần tập thể dục sức bền đối với chuột thí nghiệm được huấn luyện chạy trên máy chạy bộ cỡ gặm nhấm.

Phát hiện của họ làm nổi bật những tác động đáng chú ý của việc tập thể dục đối với hệ thống miễn dịch, phản ứng với căng thẳng, sản xuất năng lượng và quá trình trao đổi chất. Họ tìm thấy mối liên hệ đáng kể giữa việc tập thể dục và các phân tử và gen đã được biết là đóng vai trò trong nhiều bệnh tật của con người và quá trình sửa chữa mô.

Nghiên cứu này là một trong loạt bài báo được công bố vào ngày 1 tháng 5 bởi các thành viên của một nhóm nghiên cứu đa ngành được thiết kế để đặt nền tảng cho việc hiểu biết - ở cấp độ toàn bộ cơ thể và phân tử - về cách các mô và tế bào của chúng ta phản ứng với bài tập.

“Chúng ta đều biết rằng tập thể dục tốt cho chúng ta,” giáo sư bệnh lý học Stephen Montgomery, Tiến sĩ cho biết. “Nhưng chúng ta biết rất ít về các tín hiệu phân tử xảy ra trên khắp cơ thể khi mọi người tập thể dục, hoặc cách chúng có thể bị thay đổi bởi quá trình tập luyện. Nghiên cứu của chúng tôi là nghiên cứu đầu tiên xem xét những thay đổi phân tử trên quy mô toàn bộ cơ thể, từ protein đến gen, chất chuyển hóa, chất béo và sản xuất năng lượng. Đây là hồ sơ rộng nhất về tác động của việc tập thể dục cho đến nay và nó tạo ra một bản đồ quan trọng về cách nó thay đổi cơ thể.”

Montgomery, cũng là giáo sư về di truyền học và khoa học dữ liệu y sinh, là tác giả chính của bài báo được công bố trên tạp chí Nature.

Một cái nhìn phối hợp về các bài tập

Các nhà nghiên cứu tham gia vào nghiên cứu và các ấn phẩm đồng thời khác là một phần của một nhóm quốc gia có tên là Molecular Transducers of Physical Activity Consortium, hay MoTrPAC, do Viện Y tế Quốc gia tổ chức. Sáng kiến này được đưa ra vào năm 2015 để nghiên cứu chi tiết về cách tập thể dục cải thiện sức khỏe và ngăn ngừa bệnh tật.

Nhóm Y khoa Stanford đã thực hiện phần lớn công việc khó khăn, nghiên cứu tác động của tám tuần tập luyện sức bền lên biểu hiện của gen (phiên mã), protein (proteome), chất béo (lipidome), chất chuyển hóa (metabolome), mô hình các thẻ hóa học được đặt trên DNA (epigenome), hệ thống miễn dịch, v.v.

Họ đã chạy 9.466 thử nghiệm trên nhiều mô ở chuột được huấn luyện để chạy cự ly ngày càng xa, và so sánh kết quả với kết quả của chuột lười biếng trong lồng. Họ tập trung vào cơ chân, tim, gan, thận và mô mỡ trắng (loại mỡ tích tụ khi bạn tăng cân); các mô khác bao gồm phổi, não và mô mỡ nâu (một loại mỡ hoạt động trao đổi chất nhiều hơn giúp đốt cháy calo).

Sự kết hợp của nhiều phân tích và loại mô đã mang lại kết quả lên tới hàng trăm nghìn đối với những thay đổi không biểu sinh và hơn 2 triệu thay đổi riêng biệt trong epigenome. Những kết quả này sẽ khiến các nhà khoa học bận rộn trong nhiều năm tới.

Trong khi nghiên cứu này chủ yếu phục vụ cho việc tạo ra cơ sở dữ liệu để phân tích trong tương lai, một số kết quả thú vị đã xuất hiện. Đầu tiên, họ lưu ý rằng biểu hiện của 22 gen đã thay đổi khi tập thể dục ở cả sáu mô mà họ tập trung vào.

Nhiều gen tham gia vào cái gọi là con đường sốc nhiệt, giúp ổn định cấu trúc protein khi tế bào tiếp xúc với căng thẳng, bao gồm thay đổi nhiệt độ, nhiễm trùng hoặc tái tạo mô. Các gen khác tham gia vào các con đường làm giảm huyết áp và tăng độ nhạy cảm của cơ thể với insulin, giúp làm giảm lượng đường trong máu.

Các nhà nghiên cứu cũng lưu ý rằng biểu hiện của một số gen liên quan đến bệnh tiểu đường loại 2, bệnh tim, béo phì và bệnh thận đã giảm ở những con chuột tập thể dục so với những con chuột ít vận động, điều này cho thấy rõ mối liên hệ giữa nghiên cứu của họ và sức khỏe con người.

Sự khác biệt về giới tính

Cuối cùng, họ phát hiện ra sự khác biệt về giới tính trong cách các mô khác nhau ở chuột đực và chuột cái phản ứng với bài tập. Chuột đực giảm khoảng 5 phần trăm mỡ cơ thể sau tám tuần tập thể dục, trong khi chuột cái không giảm nhiều mỡ. (Tuy nhiên, chúng vẫn duy trì tỷ lệ mỡ cơ thể ban đầu, trong khi chuột cái ít vận động tăng thêm 4 phần trăm mỡ trong suốt quá trình nghiên cứu.)

Nhưng sự khác biệt lớn nhất là ở biểu hiện gen trong tuyến thượng thận của chuột. Sau một tuần, các gen liên quan đến sản xuất hormone steroid như adrenaline và sản xuất năng lượng tăng lên ở chuột đực nhưng giảm ở chuột cái.

Bất chấp những mối liên hệ hấp dẫn ban đầu này, các nhà nghiên cứu cảnh báo rằng khoa học thể dục vẫn chưa hoàn thiện. Trên thực tế, nó chỉ mới bắt đầu. Nhưng tương lai có vẻ đầy hứa hẹn.

Montgomery cho biết: "Về lâu dài, chúng ta khó có thể tìm ra một biện pháp can thiệp kỳ diệu nào có thể tái tạo mọi thứ mà bài tập có thể mang lại cho một người". "Nhưng chúng ta có thể tiến gần hơn đến ý tưởng về bài tập chính xác - các khuyến nghị được thiết kế riêng dựa trên di truyền, giới tính, độ tuổi hoặc các tình trạng y tế khác của một người để đạt được phản ứng có lợi cho toàn bộ cơ thể".