Новое исследование объясняет, как физические упражнения уменьшают хроническое воспаление – Harvard Gazette

Связь между физическими упражнениями и воспалением пленила воображение исследователей с тех пор, как исследование начала 20 века показал всплеск лейкоцитов в крови бостонских марафонцев после забега.

Теперь новая Гарвардская медицинская школа изучать опубликованная в пятницу в журнале Science Immunology, может предложить молекулярное объяснение этого наблюдения столетней давности.

Исследование, проведенное на мышах, предполагает, что благотворное воздействие физических упражнений может быть обусловлено, по крайней мере частично, иммунной системой. Это показывает, что мышечное воспаление, вызванное нагрузкой, мобилизует противовоспалительные Т-клетки, или Трег, которые повышают способность мышц использовать энергию в качестве топлива и повышают общую выносливость при физических нагрузках.

По словам исследовательской группы, давно известные своей ролью в противодействии аберрантному воспалению, связанному с аутоиммунными заболеваниями, теперь они также играют ключевую роль в иммунных реакциях организма во время физических упражнений.

«Имунная система и, в частности, Т-клетки оказывают широкое влияние на здоровье тканей, выходящее за рамки защиты от патогенов и контроля рака. Наше исследование показывает, что иммунная система оказывает мощное воздействие на мышцы во время тренировки», — сказал старший исследователь исследования. Дайан Мэтиспрофессор иммунологии Института Блаватника при ГМС.

Мыши – не люди, и полученные результаты еще предстоит повторить в дальнейших исследованиях, предупредили исследователи. Тем не менее, исследование является важным шагом на пути к детализации клеточных и молекулярных изменений, которые происходят во время тренировок и приносят пользу для здоровья.

Понимание молекулярной основы упражнений

Защита от сердечно-сосудистых заболеваний, снижение риска развития диабета, защита от деменции. Благотворное воздействие физических упражнений хорошо известно. Но как именно упражнения делают нас здоровыми? Этот вопрос давно интересовал исследователей.

Новые результаты появились на фоне активизация усилий понять молекулярную основу упражнений. Распутывание участия иммунной системы в этом процессе является лишь одним из аспектов этих исследовательских усилий.

«Мы уже давно знаем, что физическое напряжение вызывает воспаление, но мы не до конца понимаем вовлеченные в него иммунные процессы», — сказал первый автор исследования Кент Лэнгстон, научный сотрудник лаборатории Матиса. «Наше исследование показывает с очень высоким разрешением, что Т-клетки делают в мышцах, где происходят упражнения».

Большинство предыдущих исследований по физиологии физических упражнений были сосредоточены на роли различных гормонов, выделяющихся во время физических упражнений, и их влиянии на различные органы, такие как сердце и легкие. Новое исследование раскрывает иммунологический каскад, который разворачивается внутри фактического места нагрузки — мышцы.

Т-клеточные герои и злодеи, разжигающие воспаления

Известно, что физические упражнения вызывают временное повреждение мышц, вызывая каскад воспалительных реакций. Он усиливает экспрессию генов, которые регулируют мышечную структуру, обмен веществ и активность митохондрий, крошечных электростанций, питающих клетки. Митохондрии играют ключевую роль в адаптации к физическим нагрузкам, помогая клеткам удовлетворить растущие энергетические потребности во время физических упражнений.

В новом исследовании команда проанализировала, что происходит в клетках, взятых из мышц задних ног мышей, которые однажды бегали на беговой дорожке, и животных, которые бегали регулярно. Затем исследователи сравнили их с мышечными клетками, полученными от малоподвижных мышей.

Мышечные клетки мышей, которые бегали на беговых дорожках один раз или регулярно, демонстрировали классические признаки воспаления — повышенную активность генов, регулирующих различные метаболические процессы, и более высокие уровни химических веществ, способствующих воспалению, включая интерферон.

Обе группы имели повышенный уровень Treg-клеток в мышцах. Дальнейший анализ показал, что в обеих группах Трегс снизили воспаление, вызванное физической нагрузкой. Ни одно из этих изменений не наблюдалось в мышечных клетках малоподвижных мышей.

Однако польза от физических упражнений для метаболизма и производительности была очевидна только у тех, кто регулярно занимался спортом — мышей, у которых были повторяющиеся приступы бега. Эксперименты показали, что в этой группе Treg не только подавляли вызванное нагрузкой воспаление и повреждение мышц, но также изменяли мышечный метаболизм и мышечную работоспособность. Этот вывод согласуется с хорошо зарекомендовавшими себя наблюдениями у людей о том, что один сеанс упражнений не приводит к значительному улучшению производительности и что для получения пользы необходима регулярная активность с течением времени.

Дальнейший анализ подтвердил, что Трегс действительно ответственны за более широкие преимущества, наблюдаемые у регулярно занимающихся спортом. У животных, у которых отсутствовали Treg, наблюдалось неограниченное мышечное воспаление, характеризующееся быстрым накоплением клеток, способствующих воспалению, в мышцах задних конечностей. Их мышечные клетки также имели поразительно раздутые митохондрии, что является признаком метаболических нарушений.

Что еще более важно, животные, лишенные Treg, не адаптировались к возрастающим требованиям к физическим нагрузкам с течением времени, как это сделали мыши с интактными Treg. Они не получили такой же пользы для всего тела от упражнений и имели пониженную аэробную форму.

В мышцах этих животных также содержалось избыточное количество интерферона, известного фактора воспаления. Дальнейший анализ показал, что интерферон действует непосредственно на мышечные волокна, изменяя функцию митохондрий и ограничивая выработку энергии. Блокирование интерферона предотвратило метаболические нарушения и улучшило аэробную выносливость у мышей, лишенных Treg.

«Злодей здесь — интерферон», — сказал Лэнгстон. «В отсутствие Трегса-хранителя, способного противостоять этому, интерферон продолжал наносить неконтролируемый ущерб».

Известно, что интерферон способствует хроническому воспалению — процессу, который лежит в основе многих хронических заболеваний и возрастных состояний и стал привлекательной мишенью для терапии, направленной на уменьшение воспаления. Трегсы также привлекли внимание ученых и промышленности как средство лечения ряда иммунологических состояний, характеризующихся аномальным воспалением.

Результаты исследования дают представление о внутренней работе клеток, лежащей в основе противовоспалительных эффектов упражнений, и подчеркивают их важность в использовании собственной иммунной защиты организма, говорят исследователи.

Предпринимаются усилия по разработке вмешательств, нацеленных на Treg в контексте конкретных иммуноопосредованных заболеваний. И хотя иммунологические состояния, вызванные аберрантным воспалением, требуют тщательно выверенной терапии, физические упражнения являются еще одним способом борьбы с воспалением, говорят исследователи.

«Наши исследования показывают, что с помощью упражнений у нас есть естественный способ повысить иммунную реакцию организма и уменьшить воспаление», — сказал Матис. «Мы осмотрели только мышцы, но вполне возможно, что упражнения повышают активность Treg и в других частях тела».

В число сорасследователей входили Ижи Сан, Биргитта Рыбак, Брюс Шпигельман, Эмбер Мюллер и Кристоф Бенуа.

Работа финансировалась за счет грантов Национального института здравоохранения R01 AR070334, F32 AG072874 и F32 AG069363; и Фондом JPB.