Вред, наносимый мышцам выматывающими физическими нагрузками, связан со слишком активным потреблением кислорода и жестокими атаками свободных радикалов, а также активацией провоспалительных медиаторов. Симптомами такого вреда являются болезненные ощущения в мышцах, их распухание, длительная потеря ими способности выполнять свои функции. Кроме того, при тяжелых физических нагрузках может преобладать распад белков и нуклеотидов (влекущий за собой потерю энергии). Наконец, в случае перенапряжения организма активное формирование свободных радикалов происходит в сердце, легких и даже крови.
Нам следует учиться проходить между Сциллой изматывающих нагрузок и Харибдой сидячего образа жизни к живительному пространству умеренных физических упражнений.
Умеренность — это ключ ко многим, если не ко всем, вещам, связанным со здоровьем, и физкультурная сторона вопроса не является исключением. Чрезмерное рвение в области физических нагрузок лишает их всякой ценности. А если у организма нет времени на восстановление, то они могут причинить вред (некоторые механизмы истощения энергетических запасов клетки рассмотрены в разделе «D-рибоза»).
Положительные эффекты регулярных, не изматывающих физических упражнений известны на протяжении долгого времени. Такая физическая активность ассоциируется с разнообразными плюсами для здоровья, такими как снижение риска сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, диабета и в целом повышение жизнестойкости организма. Данные исследования, проведенного в 2014 году, свидетельствуют о том, что умеренная физическая нагрузка защищает от возрастной дегенерации мышц. Результаты другого, не зависимого от него исследования, доказывают, что сидячий образ жизни в большей степени, нежели курение, ожирение и высокое кровяное давление, способствует развитию сердечной недостаточности. Физически активный курильщик оказывается более здоровым, нежели некурящий лежебока. Да, физическая активность — это главный источник нашего здоровья.
Однако проблема существует даже в случае умеренных физических нагрузок, когда происходит увеличение скорости формирования свободных радикалов в митохондриях. В рамках соответствующей логики любая физическая активность должна быть сведена к минимуму. К сожалению для обломовых, любящих часами смотреть телевизор, реальность далеко не такая радужная. Физкультура укрепляет здоровье и повышает продолжительность жизни, несмотря на все свободные радикалы.
Но почему свободные радикалы, образующиеся при физической активности, не могут разрушить митохондрии? Во-первых, умеренная нагрузка приводит к умеренному увеличению скорости формирования свободных радикалов. Во-вторых, физические упражнения повышают потребности в энергии, что вызывает деление и биогенезис митохондрий (запускаемые сигналами о преобладании АМФ над АТФ и с помощью других механизмов, таких как PGC-1-α и PPAR-γ). В-третьих, образующиеся свободные радикалы посылают клетке сигнал о необходимости производить больше комплексов для дыхательной цепи переноса электронов. Как я уже отмечал, свободные радикалы иногда играют ключевую роль в клеточном сигналинге.
Подвергающаяся окислению клетка понимает, что ей нужно больше митохондрий и больше ЭТЦ внутри каждой митохондрии для того, чтобы соответствовать повышенным физическим нагрузкам. При регулярном выполнении физических упражнений средней интенсивности число митохондрий в каждой клетке организма увеличивается, а в каждой митохондрии растет число ЭТЦ.
В состоянии покоя каждая митохондрия и каждая клетка физически подготовленного организма обладает повышенным запасом энергии. И так люди уподобляются птицам! В митохондриях физически активных и крепких людей образуется гораздо меньше свободных радикалов, чем в митохондриях людей, ведущих сидячий образ жизни. Кроме того, первые производят больше энергии (благодаря которой совершенствуется тело) и меньше свободных радикалов во время своей активности, нежели вторые. В реальной жизни мы видим, как на клеточном уровне шаг назад (окисление) необходим для того, чтобы сделать два шага вперед (повышение функциональности и энергетического потенциала митохондрий).
Итак, мы нашли способ уподобиться птицам (вспомним раздел «Как птицы это делают?»). Полет требует невероятного количества энергии, и со временем птицы научились генерировать ее. Находясь в состоянии покоя, они обладают огромным энергетическим потенциалом, и поэтому на протяжении большей части жизни птичьего организма в нем формируется гораздо меньше свободных радикалов, чем у млекопитающих.
Еще одно преимущество умеренной физической активности состоит в том, что при ней используется АТФ. Напомню, что дефицит АТФ приводит к энергетическому «затору», «выпадению» электронов из ЭТЦ и формированию свободных радикалов. Однако в отличие от ситуации, при которой свободные радикалы появляются в присутствии избытка неиспользуемого АТФ (что не позволяет запустить биогенезис митохондрий), формирование свободных радикалов в условиях дефицита АТФ в самом деле запускает митохондриальный биогенезис.
КОГНИТИВНОЕ ЗДОРОВЬЕ И НОВЫЕ ГРАНИЦЫ ФИЗИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ
Долгое время бо́льшая часть исследований в области физической активности относилась к ее положительному влиянию на сердечно-сосудистую систему (такого рода исследований было столь много, что я решил не писать о них здесь), в последние годы в связи со старением человеческой популяции на авансцену вышли исследования головного мозга и когнитивных функций. Клинические испытания показали эффективность методов резистентности и аэробной тренировки в сфере повышения памяти, координации движений и функциональной пластичности нервной ткани.
На протяжении десятилетий мы знали, что аэробные физические упражнения могут увеличить число митохондрий в мышечных клетках всего за шесть недель. Однако для того чтобы этого достичь, нужно выдерживать нагрузку (в виде бега, быстрой ходьбы, езды на велосипеде, плавания и т. д.), эквивалентную по крайней мере половине максимально возможных для конкретного организма усилий. Длиться выполнение интенсивных упражнений должно не меньше 15–20 мин как минимум четыре раза в неделю.
В 2011 году были опубликованы результаты исследования, согласно которому аэробные упражнения могут влиять на активность гена, отвечающего за синтез нейротрофического фактора из тканей мозга (BDNF). В течение года ученые наблюдали за 120 пожилыми людьми, не демонстрирующими признаков деменции и либо занимающимися растяжкой, либо выполняющими аэробные упражнения. В рамках исследования измерялись три переменные: уровень сывороточного BDNF, функция памяти и размер гиппокампа (области мозга, отвечающей за память и прежде всех других частей мозга страдающей при болезни Альцгеймера). Выяснилось, что у группы испытуемых, выполнявших аэробные упражнения, размер гиппокампа увеличился примерно на 1 %, улучшилась память и вырос уровень сывороточного BDNF. Лекарств, которые по своей эффективности могли бы даже приблизиться к таким результатам, пока нет.
А вот старые добрые аэробные упражнения повысили КПД памяти, включили механизм регенерации гиппокампа и подняли показатель сывороточного BDNF, который, помимо стимуляции роста нейронов, также увеличивает нейропластичность. В 2013 году администрация президента США направила 33 млн долларов на субсидирование разработки препарата, предотвращающего развитие синдрома Альцгеймера. Эти средства лучше было бы инвестировать на закупку для каждого взрослого американца пары красивых кроссовок, чтобы он в них бегал по утрам вокруг дома. Такое использование средств налогоплательщиков было бы гораздо более эффективным, нежели попытка найти лекарство, уже существующее в природе, и быстро бы окупилось. Мне вспоминается картинка из комикса, на которой изображен доктор, дающий пациенту таблетки и говорящий: «Принимай по одной таблетке каждый день во время бега, во время плавания и во время занятий гимнастикой».
