Размер шрифта: A A A
Цвет сайта: A A A A
Контакты

MoTrPAC

30.03.2021

Несмотря на быстрое развитие спортивной науки, у специалистов до сих пор существует пробел в понимании деталей путей молекулярных сигналов, вызывающих позитивные адаптации организма в ответ на нагрузку и помогающих в предотвращении развития целого ряда болезней.

Относительно недавно был основан международный консорциум по изучению молекулярных сигналов физической нагрузки (The Molecular Transducers of Physical Activity Consortium - MoTrPAC). Целью данного консорциума, в основном состоящего из американских лабораторий, является создание «карты» различных молекулярных сигналов, возникающих в результате физической нагрузки.

Проект будет состоять из клинических и доклинических измерений. Будут исследованы системные эффекты тренировок на выносливость и силовых упражнений на различные биомолекулярные показатели в различных тканях. Измерения будут проводиться до и после тренировочных программ. Планируется, что в итоге MoTrPAC создаст большую стандартизированную базу данных, которая поможет специалистам лучше понять процессы, лежащие в основе положительных сдвигов в результате занятий спортом. Особенно интересно и ценно то, что планируется привлечь большое количество волонтёров и модельных животных к исследованию (2600 человек и 820 крыс). Важным результатом может стать и то, что понимание метаболических изменений в результате нагрузки может помочь в идентификации мишеней, на которые может быть направлено действии какого-либо лекарства, симулирующего эффект тренировок. Это может быть полезно для людей, не имеющих возможности заниматься спортом и двигаться, например, в результате травмы, паралича или комы.

Добавление в исследования моделей животных позволит провести анализ эффектов нагрузки на различных тканях, которые тяжело получить от людей, что позволит шире и глубже исследовать эффекты нагрузки. У людей же планируется собирать образцы крови, мышц и жировой ткани, что позволит анализировать именно эти основные системы, которые являются ключевыми для обеспечения энергией различных тканей во время нагрузок.

Доклинические исследования животных проводятся в максимально контролируемой манере. Все крысы принадлежат одной колонии, а условия содержания и кормления также одинаковы во всех лабораториях, участвующих в проекте. Известно, что в дикой природе крысы наиболее активны ночью, поэтому все они предварительно в течение 10 дней искусственно акклиматизированы к ночному типу активности, а все нагрузочные протоколы выполняются ночью. Образцы тканей собираются в различных токах времени (сразу после нагрузки, через полчаса, час и 4 часа), чтобы зарегистрировать временную динамику молекулярных ответов. Образцы также собираются и на более поздних этапах (7, 24 и 48 часов после нагрузки), чтоб зарегистрировать долгосрочные метаболические изменения, а также вторичные молекулярные ответы. Полные протоколы можно посмотреть по ссылке - https://motrpac.org/protocols.cfm. Самым важным аспектом и преимуществом использования модельных животных, как мы уже писали выше, является возможность собирать большое количество образцов разных тканей. Планируется сбор 27 образов от каждой крысы, которые будут разбиты на контрольную и несколько экспериментальных групп (см. протокол по ссылке выше) для дальнейшего анализа. В дополнении к сбору биологических образов исследователи планируют исследовать и некоторые важные фенотипические показатели, например, концентрацию лактата, максимальное потребление кислорода (МПК) и состав тела.

Клинические исследования на людях будут заключаться в углублённом изучении эффектов двух разных форм нагрузки (нагрузки на выносливость и силовой тренировки) на показатели людей разных возрастов (включая детей) и обоих полов, а также активных индивидов и ведущих преимущественно сидячий образ жизни. Конечной целью является привлечение 270 детей и подростков (от 10 до 17 лет) с низким уровнем физической активности в группу тренировок на выносливость и 1980 взрослых (от 18 лет и старше), ведущих сидячий образ жизни, которые будут случайным образом направлены в группу тренировок на выносливость, на силу и в группу контроля, не участвующих в тренировках. Все испытуемые будут сбалансированно разбиты на группы по возрастам, расе и полу.

Взрослые, ведущие сидячий образ жизни, будут случайным образам разделены на две тренировочные группы – на выносливость и силу. Тренировки будут вестись под наблюдением в течение 12 недель, 3 раза в неделю. Интенсивность и объём тренировок будут постепенно увеличиваться. Каждая тренировка на выносливость будет длиться 1 час и будет равномерно разделена между тренировкойна велосипеде и беговой дорожкой (ходьба/бег). Интенсивность будет установлена на 60% –80% от резерва частоты пульса и частота пульса будет отслеживаться в реальном времени во время каждой тренировки. Каждая тренировка с отягощениями будет нацелена на все группы мышц и будет состоять из восьми генерализованных упражнений (пять для верхней части тела: жим от груди, армейский жим, становая тяга, разгибание на трицепс, сгибание бицепса; три упражнения для нижней части тела: жим ногами, сгибание ног, разгибание колен). Предписанный план состоит из 3 подходов по 8–12 повторений с интенсивностью 60–80% от максимума для каждого упражнения.

В день интенсивной тренировки с забором биопрепаратов испытуемые прибудут в клинический центр утром натощак и отдохнут в течение получаса до забора крови в качестве исходного образца, образца скелетных мышц из мышцы бедра и образцы жировой ткани. Затем участники выполнят стандартизированный нагрузочный протокол с резкой физической нагрузкой (или отдых для контрольной группы) с забором дополнительных образцов биологических материалов (из крови, мышц, жировой ткани), через полчаса, 4 часа и 24 часа после завершения тренировки.

Детский протокол обследований будет сконструирован на подобие взрослого, но с некоторыми изменениями:
1) у детей не будет проводиться биопсия тканей – только забор крови;
2) образцы крови будут собираться у всех участников эксперимента до, через 20 минут и 40 минут во время нагрузки, а также через 10 минут, полчаса и 3,5 часа восстановления;
3) все тренировочные протоколы будут модифицированы с учётом особенностей физиологии детского возраста.

Как и в случае с животными моделями, в дополнение к забору и анализу биологических образцов, учёные так же будут собирать сведения и анализировать параметры других важных физиологических показателей – МПК на велоэргометре, сила хвата, максимальное изометрическое разгибание коленей, состав тела, клинический профиль крови, профиль частоты сердечных сокращений во время тренировок на выносливости и силу, утилизацию углеводов и жира во время выполнения нагрузки на интенсивности в 65% от МПК. Большинство взрослых участников также пройдут тест PROMIS (www.nihpromis.org) для оценки настроения, уровня тревожности и депрессивности.

motrpac1.png

Рисунок – базовая схема экспериментов в рамках проекта MoTrPAC

В научной практике накопилось уже достаточно, хоть и небольших (обычно около 50 испытуемых), но важных исследований, убедительно демонстрирующих наличие крупных транскрипционных и эпигенетических изменений в миоцитах, адипоцитах и других клетках вследствие нагрузки. Эти исследований во многом послужили причиной развития стратегии GET-анализа в рамках проекта MoTrPAC. GET – это сокращение от трёх подходов, которые будут использоваться для анализа тканевых изменений, - геномный (genomic), эпигеномный (epigenomic) и транскриптомный (transcriptomic). Этот подход позволяет комбинировать разные стратегии исследований, применённые в предыдущих работах.

Целью подхода GET является аннотация и оценка:
1) транскриптома РНК и изоформ РНК – например, микро РНК;
2) метилирование ДНК и доступности хроматина в моделях животных и людей;
3) геном всех испытуемых;

Такие подходы могут пролить свет на много практических и теоретических вопросов адаптаций к спортивным нагрузкам.

В дополнении к идентификации молекулярных ответов и их связей с физиологическими изменениями (например, связанных с увеличением МПК), проект MoTrPAC ставит целью создания прогностических моделей эффектов нагрузки на изменение измеряемых параметров. Авторы проекта планируют делиться результатами проекта через открытую базу данных.

По завершении проекта, будет создана карта биологических молекул и путей, лежащих в основе системных эффектов от постоянной и одноразовой тренировок. Успешное завершение проекта будет важным шагом на пути к созданию научно обоснованного персонализированного подхода к моделированию тренировок как с целью развития физических способностей человека, в том числе спортсменов, так и с целью предупреждения развития хронических заболеваний.

Источник:

  1. Sanford J. A. et al. Molecular transducers of physical activity consortium (MoTrPAC): Mapping the dynamic responses to exercise //Cell. – 2020. – Т. 181. – №. 7. – С. 1464-1474.


Комментарии:

Возврат к списку