Ученые выяснили, почему так сложно вернуться к тренировкам после перерыва

Авторы нового исследования пришли к выводу, что белок Piezo1 необходим для поддержания плотности капилляров в мышцах и способности к физической активности. Полученные результаты свидетельствуют о том, что присутствие Piezo1 в кровеносных сосудах может модулировать способность к физической работоспособности на основе изменений кровотока во время физических упражнений.

Отсутствие физической активности может привести к снижению притока крови к мышцам, снижению активации Piezo1 и последующему снижению физической работоспособности. Периоды отсутствия физической активности из-за малоподвижного образа жизни, болезни или травмы связаны со снижением способности к физическим упражнениям или детренированности. Результаты исследования опубликованы в Journal of Clinical Investigation. 

Новизна исследования 

Исследование на мышах предполагает, что белок Piezo1, экспрессируемый эндотелиальными клетками, выстилающими внутреннюю поверхность кровеносных сосудов, может опосредовать эти эффекты гиподинамии на способность к физической нагрузке.

Предыдущие исследования показали, что уровень эндотелиального белка Piezo1 в кровотоке изменяется во время физической активности. Настоящее исследование показало, что дезактивация Piezo1 привела к снижению плотности капилляров в мышцах и снижению способности к физической активности. Эти данные свидетельствуют о том, что Piezo1 может модулировать местное кровоснабжение мышц и, следовательно, физическую работоспособность в соответствии с уровнями физической активности.

Соавтор исследования Фиона Бартоли (Fiona Bartoli) из Университета Лидса (University of Leeds), Великобритания, рассказала: «Хотя это исследование проводилось на мышах, белок Piezo1 также присутствует у людей, что указывает на то, что может существовать тот же молекулярный механизм. Мы предполагаем, что деактивация Piezo1 из-за недостаточной физической нагрузки влияет на физическую работоспособность за счет снижения плотности капилляров в мышцах. Этот ограниченный кровоток означает, что активность становится более трудной, вызывая дальнейшее бездействие и приводя к нисходящей спирали. Это помогает объяснить биологию того, почему физические упражнения становятся тем труднее, чем меньше вы занимаетесь, и почему важно регулярно заниматься спортом, чтобы поддерживать активность наших белков Piezo1 для поддержания нашей физической работоспособности и здоровья».

Актуальность исследования

Ученые уже предполагали, что определенные молекулы в организме могут определять уровни физической активности и помогать организму адаптироваться по мере изменения уровня физической активности. Физическая активность связана с увеличением притока крови к мышцам. Таким образом, молекулы, способные обнаруживать изменения притока крови к мышцам, могли бы служить датчиками физических упражнений.

Эндотелий – это слой клеток, который образует самую внутреннюю поверхность кровеносных сосудов. Недавние исследования показали, что белок Piezo1, экспрессируемый эндотелиальными клетками, помогает измерять увеличение кровотока во время физической активности. Кроме того, белок Piezo1 также является важным надежным источником для усиления притока крови к мышцам во время физической активности. Однако влияние Piezo1 на уровень физической активности остается неясным. Ученые провели исследование, чтобы изучить способность Piezo1 модулировать уровни физической активности.

Материалы и методы исследования

В настоящем исследовании использовали взрослых мышей, которые были генетически сконструированы, нарушив их экспрессию гена Piezo1 в эндотелиальных клетках. Дезактивация Piezo1 у взрослых мышей помогла избежать любых потенциально вредных последствий, которые могли оказать влияние на развивающихся мышей. Ученые сравнили влияние деактивации Piezo1 на физическую активность с контрольной группой, состоящей из взрослых мышей с интактной эндотелиальной экспрессией Piezo1.

Результаты научной работы

Исследователи обнаружили, что мыши в группе дезактивации Piezo1 показали более низкие уровни бега, лазания и ходьбы через 10 недель, чем в контрольной группе. Хотя животные в обеих группах занимались физической активностью в течение одинакового промежутка времени, деактивация Piezo1 приводила к снижению скорости бега, что свидетельствует о снижении способности к физической активности. Эти данные свидетельствуют о том, что деактивация Piezo1 оказала негативное влияние на физическую работоспособность, не влияя на мотивацию заниматься физической активностью.

Изменения в дыхании, обмене веществ, работе сердца или составе мышц потенциально могут объяснить снижение физической работоспособности после деактивации Piezo1. Исследователи обнаружили, что дезактивация Piezo1 не влияет на энергетический обмен, дыхательную и сердечную функцию. Аналогичным образом, животные в экспериментальной и контрольной группах не различались по массе скелетных мышц или составу мышечных волокон, которые могут влиять на физическую работоспособность.

Впоследствии исследователи изучили влияние разрушения Piezo1 на плотность капилляров в скелетных мышцах. Ученые обнаружили, что дезактивация Piezo 1 снижает плотность капилляров в мышцах на 20%. Более того, такое снижение плотности капилляров отсутствовало в сердечной ткани, что позволяет предположить, что эффекты дезактивации Piezo1 были специфичны для ткани скелетных мышц.

Затем исследователи проверили, было ли снижение плотности капилляров в ткани скелетных мышц после деактивации Piezo1 вызвано регрессией ранее существовавших кровеносных сосудов. Эндотелиальные клетки в кровеносных сосудах поддерживаются матрицей, называемой сосудистой базальной мембраной.

После деактивации Piezo1 исследователи обнаружили остатки ранее существовавших капилляров в виде сосудистой базальной мембраны без прикрепленных эндотелиальных клеток в скелетных мышцах. Ученые также выявили повышенную регуляцию маркеров клеточной гибели в эндотелиальных клетках после деактивации Piezo1. Эти данные свидетельствуют о том, что снижение плотности капилляров в ткани скелетных мышц после деактивации Piezo1 было обусловлено усилением гибели эндотелиальных клеток, что приводило к регрессии кровеносных сосудов.

Практическая значимость работы

Согласно модели, основанной на этих данных, увеличение кровотока во время физической активности может активировать эндотелиальный белок Piezo1. Эта активация может поддерживать или повышать стабильность кровеносных сосудов в скелетной мышечной ткани, тем самым увеличивая плотность капилляров и улучшая мышечную работоспособность.

В настоящем исследовании нарушение экспрессии гена Piezo1 у генетически модифицированных мышей привело к снижению уровня физической активности и снижению плотности капилляров в скелетной мышечной ткани. Исследователи отмечают, что аналогичная дезактивация Piezo1 может происходить во время длительных периодов физической активности, что приводит к снижению физической работоспособности.

Авторы другого исследования изучили эффекты и потенциал PIEZO1 в качестве терапевтической мишени для предотвращения тромбоза.