Физические упражнения, доказавшие свою способность защищать от широкого спектра заболеваний, возможно, являются самым мощным средством против старения, известным науке. Однако, хотя физическая активность может улучшить здоровье в период старения, ее благотворное воздействие неизбежно снижается. Клеточные механизмы, лежащие в основе взаимосвязи между физическими упражнениями, физической формой и старением, остаются малоизученными.

В работе, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи из Joslin Diabetes Center изучили роль одного клеточного механизма в улучшении физической формы с помощью тренировок и выявили одно антивозрастное вмешательство, которое отсрочило ухудшение состояния, происходящее со старением в модельном организме. Полученные учеными результаты открывают двери для новых стратегий по улучшению мышечной функции во время старения.

"Физические упражнения широко используются для улучшения качества жизни и защиты от дегенеративных заболеваний, а у людей длительный режим физических упражнений снижает общую смертность", - сказал соавтор исследования Т. Кит Блэквелл, доктор медицины, доктор философии, старший исследователь и руководитель отдела островковых клеток и регенеративной биологии в Joslin. "Наши данные выявляют важный медиатор реакции на физические нагрузки и точку отсчета для вмешательства в поддержание мышечной функции во время старения".

Этот важный медиатор - цикл фрагментации и восстановления митохондрий, специализированных структур, или органелл, внутри каждой клетки, отвечающих за производство энергии. Функция митохондрий имеет решающее значение для здоровья, а нарушение динамики митохондрий - цикла восстановления дисфункциональных митохондрий и восстановления связи между энергопроизводящими органеллами - было связано с развитием и прогрессированием хронических возрастных заболеваний, таких как болезни сердца и диабет 2 типа.

"Когда мы видим, что наши мышцы испытывают усталость и восстановление после тренировки, они проходят этот митохондриальный динамический цикл", - говорит Блэквелл, который также является исполняющим обязанности руководителя секции иммунобиологии в Joslin. "В этом процессе мышцы справляются с последствиями метаболической нагрузки после тренировки и восстанавливают свои функциональные возможности".

Блэквелл и его коллеги, включая соавтора Хулио Сезара Батиста Феррейра, доктора философии, Институт биомедицинских наук, Университет Сан-Паулу, исследовали роль динамики митохондрий во время физических упражнений на модельном организме C. elegans, простом, хорошо изученном виде микроскопических червей, часто используемом в исследованиях метаболизма и старения.

Записывая движения червей дикого типа C. elegans, когда они плавали или ползали, исследователи наблюдали типичное возрастное снижение физической формы в течение 15 дней взрослой жизни животных. Ученые также продемонстрировали значительный и прогрессирующий сдвиг в сторону фрагментированных и/или дезорганизованных митохондрий у стареющих животных. Например, они наблюдали у молодых червей в первый день взрослой жизни, что однократная физическая нагрузка вызывала усталость уже через час. 60-минутная тренировка также вызывала увеличение фрагментации митохондрий в мышечных клетках животных, но 24-часового периода было достаточно для восстановления работоспособности и функции митохондрий.

У более старых червей (на 5-й и 10-й день) производительность животных не вернулась к исходному уровню в течение 24 часов. Аналогичным образом, митохондрии старых животных проходили цикл фрагментации и восстановления, но реорганизация сети была менее значительной по сравнению с молодыми животными.

"Мы установили, что одна тренировка вызывает цикл усталости и восстановления физической формы, параллельно с которым происходит цикл восстановления митохондриальной сети", - говорит первый автор исследования Джулиана Круз Кампос, постдокторант из Joslin Diabetes Center. "Старение ослабило степень этого процесса и вызвало параллельное снижение физической формы. Это говорит о том, что динамика митохондрий может быть важна для поддержания физической формы и, возможно, для повышения физической формы после тренировки".

Во второй серии экспериментов ученые позволили червям дикого типа плавать по одному часу в день в течение 10 дней подряд, начиная с начала взрослой жизни. Команда обнаружила, что, как и у людей, долгосрочная программа тренировок значительно улучшила физическую форму животных в среднем возрасте на 10-й день и смягчила нарушение динамики митохондрий, обычно наблюдаемое при старении.

Наконец, исследователи проверили известные меры по увеличению продолжительности жизни на способность улучшать физическую работоспособность во время старения. Черви с повышенным уровнем AMPK - молекулы, которая является ключевым регулятором энергии во время тренировок, а также способствует ремоделированию морфологии митохондрий и метаболизма - продемонстрировали улучшение физической формы. Они также продемонстрировали сохранение, но не повышение работоспособности во время старения. Черви, у которых отсутствовал AMPK, демонстрировали снижение физической формы во время старения, а также нарушение цикла восстановления. Они также не получали замедляющих старение преимуществ физических упражнений в течение жизни.

"Важной задачей в области старения является определение мер, которые не только продлевают продолжительность жизни, но и улучшают здоровье и качество жизни", - говорит Блэквелл, который также является профессором генетики в Гарвардской медицинской школе. "У стареющих людей снижение мышечной функции и переносимости физических нагрузок является серьезной проблемой, которая приводит к значительной заболеваемости. Наши данные указывают на потенциально плодотворные точки вмешательства для предотвращения этого снижения - скорее всего, наряду с другими аспектами старения. Представляет большой интерес определить, как пластичность митохондриальной сети влияет на физическую форму, а также на продолжительность жизни и заболевания, связанные со старением у людей".