Короткі вправи мають довготривалий ефект на клітини

Дослідники з Північно-Східного університету виявили, що клітини “запам’ятовують” короткі періоди механічного навантаження, зберігаючи біологічні зміни навіть після припинення дії сили, що може суттєво вплинути на розуміння ефективності різних режимів фізичних навантажень.

Відкриття феномену клітинної механічної пам’яті

Більшість людей інтуїтивно відчувають наявність “м’язової пам’яті”. Навички, як-от їзда на велосипеді чи плавання, зберігаються роками навіть без регулярної практики. Нове дослідження вперше демонструє біохімічний механізм цього феномену на клітинному рівні для нем?язових клітин.

Професор біоінженерії Нін Ванг пояснює важливість відкриття: “Як тільки сила зникає, люди раніше вважали, що вплив на клітину закінчився – ми показали, що це не так”. Він додає: “Клітини пам’ятають, що вони відчували раніше, і ви отримуєте той самий вплив після того, як сила буде знята”.

Ця механічна пам’ять принципово змінює розуміння впливу фізичних вправ. Дослідження показало, що переривчасте навантаження може бути настільки ж ефективним, як і безперервне. Цей висновок має особливе значення для людей з обмеженою рухливістю чи витривалістю.

Методологія та механізми клітинної пам’яті

Дослідження, опубліковане в журналі APL Bioengineering, використовувало інноваційну методику. Науковці застосовували механічну силу до епітеліальних клітин хом’яка за допомогою магнітних кульок. Вони прикріплювали мікроскопічну магнітну кульку до поверхні клітини та струшували її, створюючи механічне навантаження.

Експерименти проводилися за різними схемами. Дослідники застосовували силу безперервно протягом 30 і 60 хвилин. Також вони перевіряли переривчасті режими – кілька епізодів по 2 або 10 хвилин із періодами відпочинку по 60 хвилин між ними.

Реакція клітин на механічне навантаження виявилася комплексною. По-перше, відбувалося накопичення актину – білка, що формує цитоскелет клітини. Після досягнення критичної кількості ниткоподібний актин (F-актин) активував інший білок – YAP.

Транслокація білка YAP стала ключовим елементом механічної пам’яті. Цей білок переміщувався з цитоплазми клітини в її ядро. В ядрі YAP зв’язувався з ДНК та хроматином, запускаючи серію хімічних сигналів, що призводили до експресії гена CTGF.

Практичні наслідки для фізичних вправ та реабілітації

Результати експериментів виявили важливу закономірність. Безперервне застосування сили протягом 30 хвилин не викликало переміщення YAP в ядро. Проте як 60 хвилин безперервного впливу, так і 60 хвилин переривчастого впливу дозволили F-актину досягти критичної кількості. Це запускало транслокацію YAP і подальшу експресію гена незалежно від режиму застосування сили.

Професор Ванг підкреслює несподіваність цього відкриття: “Сильна людина штовхає вас, і ви відчуваєте біль, а потім сила відпускає і біль зникає через кілька секунд. Ми показали, що це не так, якщо обережно струснути клітини – вони пам’ятають про це щонайменше 30 хвилин, а іноді навіть 60 хвилин”.

Це дослідження відкриває нові перспективи для розробки ефективніших режимів фізичних вправ. Особливо це стосується людей похилого віку та осіб з обмеженими фізичними можливостями. Коротші, але регулярні періоди активності можуть забезпечити такі ж біологічні ефекти, як і тривалі тренування.

Ванг підсумовує своє відкриття метафорично: “Клітини насправді дуже, дуже розумні. Все, що ви з ними робите, вони запам’ятовують”. Це розуміння може стати основою для персоналізованих програм фізичної активності, враховуючи індивідуальні обмеження та потреби кожної людини.