Peta Molekuler Seluruh Tubuh Menjelaskan Mengapa Olahraga Sangat Baik untuk Anda

Olahraga tidak hanya meningkatkan kekuatan otot, meningkatkan kesehatan jantung, dan menurunkan kadar gula darah, tetapi juga sejumlah manfaat kesehatan lainnya. Namun bagaimana rutin berlari di atas treadmill, bersepeda mendaki bukit terjal, atau jalan cepat saat makan siang menghasilkan segudang manfaat kesehatan yang luar biasa?

Kami semakin dekat untuk menjawab pertanyaan ini berkat penelitian baru dan ekstensif yang dilakukan oleh Stanford Medical School. Para peneliti melakukan hampir 10.000 pengukuran pada hampir 20 jenis jaringan untuk menguji efek latihan ketahanan selama delapan minggu pada tikus laboratorium yang dilatih untuk berlari di treadmill seukuran hewan pengerat.

Temuan mereka menyoroti efek dramatis olahraga pada sistem kekebalan tubuh, respons stres, produksi energi, dan metabolisme. Mereka menemukan hubungan signifikan antara olahraga, molekul, dan gen yang diketahui berperan dalam berbagai penyakit manusia dan perbaikan jaringan.

Studi ini adalah salah satu dari serangkaian makalah yang diterbitkan pada tanggal 1 Mei oleh anggota tim peneliti multidisiplin yang dirancang untuk meletakkan dasar bagi pemahaman—di seluruh tubuh dan tingkat molekuler—bagaimana jaringan dan sel kita merespons olahraga. hal>

“Kita semua tahu bahwa olahraga itu baik untuk kita,” kata profesor patologi Stephen Montgomery, Ph.D. “Tetapi kita hanya tahu sedikit tentang sinyal molekuler yang muncul di seluruh tubuh saat seseorang berolahraga, atau bagaimana sinyal tersebut dapat berubah saat berolahraga. Penelitian kami adalah penelitian pertama yang mengamati perubahan molekuler pada skala seluruh tubuh, mulai dari protein hingga gen, metabolit, lemak, dan produksi energi. Ini adalah profil paling luas mengenai efek olahraga hingga saat ini, dan ini menciptakan peta penting tentang bagaimana olahraga mengubah tubuh."

Montgomery, yang juga seorang profesor ilmu data genetika dan biomedis, adalah penulis senior makalah yang diterbitkan di Nature.

Tampilan latihan yang terkoordinasi

Para peneliti yang terlibat dalam penelitian ini dan publikasi simultan lainnya adalah bagian dari kelompok nasional yang disebut Molecular Transducers of Physical Activity Consortium, atau MoTrPAC, yang diselenggarakan oleh National Institutes of Health. Inisiatif ini diluncurkan pada tahun 2015 untuk mempelajari secara detail bagaimana olahraga meningkatkan kesehatan dan mencegah penyakit.

Tim Kedokteran Stanford melakukan sebagian besar pekerjaan berat, mempelajari efek pelatihan ketahanan selama delapan minggu terhadap ekspresi gen (transkriptome), protein (proteom), lemak (lipidome), metabolit (metabolom), dan polanya. Tanda kimia yang ditempatkan pada DNA ( epigenom), sistem kekebalan tubuh, dll.

Mereka melakukan 9.466 analisis pada beberapa jaringan dari tikus yang dilatih untuk berlari dalam jarak yang semakin jauh dan membandingkan hasilnya dengan tikus yang bermalas-malasan di kandangnya. Mereka memberikan perhatian khusus pada otot kaki, jantung, hati, ginjal, dan jaringan adiposa putih (sejenis lemak yang terakumulasi seiring bertambahnya berat badan); jaringan lain termasuk paru-paru, otak, dan jaringan adiposa coklat (jenis lemak yang lebih aktif secara metabolik yang membantu membakar kalori).

Kombinasi berbagai pengujian dan jenis jaringan menghasilkan ratusan ribu hasil untuk perubahan non-epigenetik dan lebih dari 2 juta perubahan berbeda pada epigenom. Hasil ini akan membuat para ilmuwan sibuk selama bertahun-tahun yang akan datang.

Meskipun penelitian ini terutama berfungsi untuk membuat database untuk analisis di masa depan, beberapa hasil menarik telah muncul. Pertama, mereka mencatat bahwa ekspresi 22 gen berubah seiring dengan olahraga di keenam jaringan yang mereka fokuskan.

Banyak dari gen ini terlibat dalam apa yang disebut jalur kejutan panas, yang menstabilkan struktur protein ketika sel terkena stres, termasuk perubahan suhu, infeksi, atau remodeling jaringan. Gen lain juga terlibat dalam jalur yang menurunkan tekanan darah dan meningkatkan sensitivitas tubuh terhadap insulin, yang menurunkan gula darah.

Para peneliti juga mencatat bahwa ekspresi beberapa gen yang terkait dengan diabetes tipe 2, penyakit jantung, obesitas, dan penyakit ginjal berkurang pada tikus yang berolahraga dibandingkan dengan tikus yang tidak banyak bergerak. Hal ini jelas menunjukkan adanya hubungan antara penelitian mereka dan kesehatan manusia.

Perbedaan gender

Akhirnya, mereka menemukan perbedaan jenis kelamin dalam cara jaringan yang berbeda pada tikus jantan dan betina merespons olahraga. Tikus jantan kehilangan sekitar 5% lemaknya setelah delapan minggu berolahraga, sedangkan tikus betina tidak kehilangan banyak lemak. (Namun, mereka mempertahankan persentase lemak tubuh awalnya, sementara betina yang tidak aktif memperoleh tambahan 4% lemak tubuh selama penelitian.)

Namun perbedaan terbesar terlihat pada ekspresi gen pada kelenjar adrenal tikus. Setelah seminggu, gen yang terkait dengan produksi hormon steroid seperti adrenalin dan produksi energi meningkat pada tikus jantan tetapi menurun pada tikus betina.

Meskipun terdapat asosiasi awal yang menggoda, para peneliti mengingatkan bahwa ilmu tentang olahraga masih jauh dari sempurna. Sebaliknya, ini hanyalah permulaan. Namun masa depan tampak menjanjikan.

“Dalam jangka panjang, kecil kemungkinannya kita akan menemukan satu intervensi ajaib yang akan meniru semua manfaat olahraga bagi seseorang,” kata Montgomery. “Tetapi kita bisa lebih mendekati gagasan olahraga yang presisi—rekomendasi yang disesuaikan berdasarkan genetika, jenis kelamin, usia, atau kondisi medis seseorang lainnya untuk mencapai respons yang bermanfaat bagi seluruh tubuh.”