Niektórzy po prostu wiedzą, że uzyskają dobre efekty dzięki ćwiczeniom. Może i dla ciebie nie jest to tajemnicą? Różnice w efektywności treningów między tobą a innymi ludźmi zależą od wielu genów – nie zaś od jednego, konkretnego, o którego działaniu moglibyśmy się dowiedzieć z mediów. Z pojedynczych genów nie sposób uzyskać wielu informacji. Nie istnieje jakiś szczególny „gen treningu”, który decyduje o tym, jak szybko się wzmacniamy i poprawia się nasza kondycja. To, w jakim stopniu twoje ciało reaguje na ćwiczenia, zależy od setek, a może nawet tysięcy różnych genów.
Geny decydują o szybkości chodzenia
Czy myślałeś o tym, że niektórzy zawsze chodzą szybciej niż inni? Ma to swoje wyjaśnienie w genach. Badania wykazały, że niewymuszona szybkość chodzenia, w tym również to, jak szybko się biega czy wchodzi po schodach, zależy od genów, które teraz właśnie są badane. Nawet średni dobowy wydatek energetyczny (liczba spalanych kalorii) jest uwarunkowany genetycznie.
To fascynujące, że dzięki badaniom coraz dogłębniej zaczynamy rozumieć, jak nasze DNA wpływa na naszą różnorodność, nawet na tak banalną rzecz, jak szybkość chodzenia czy wchodzenia po schodach, a także na upodobanie do zażywania ruchu. Nie oznacza to jednak, że dziedziczność może całkowicie wykluczyć wpływ naszych własnych wysiłków.
Kiedy przeprowadzano badania dotyczące wpływu genów na efekty ćwiczeń, koncentrowano się na treningu kondycyjnym, mierząc przy tym górny poziom wydolności tlenowej (VO2 max).
Jeśli pozwoli się zdrowym osobom ćwiczyć od dwóch do czterech razy w tygodniu, to po kilku miesiącach ich wydolność tlenowa wzrasta o średnio 10–20 procent. Jednak co dziesiąta osoba wygrywa los na loterii i zwiększa swoją wydolność tlenową o 30–40 procent. Osoby, które wykazują taką lotność w ćwiczeniach, nazywamy high responders. Co ósma osoba niestety nie miała tyle szczęścia i jej wydolność tlenowa pozostała w tym samym czasie niezmieniona. Te osoby nazywamy low responders. Pozostali, to znaczy większość, plasuje się pośrodku.
Trening nie dokonuje żadnych zmian w genach. Aktywność fizyczna wpływa na ich aktywację i działanie.
Wszyscy mają wszystkie geny!
Powszechnie uważa się, że jedni mają geny, których inni nie mają. To nieprawda. Wszyscy ludzie mają wszystkie geny, ale te występują w kilku wariantach, z których jedne są korzystniejsze od innych. Jeśli mamy wiele korzystnych wariantów genów, które są odpowiedzialne za kondycję, to wydaje się, że należymy do osób będących w stanie szybko poprawić swoją kondycję poprzez trening. Udało się tego dowieść. Jeśli chodzi o tych 21 genów, które w badaniach nad treningiem kondycyjnym wskazano jako ważne dla wzrostu górnych wartości wydolności tlenowej, to u osób, które osiągnęły niewielkie efekty wskutek ćwiczeń (low responders), występowało mniej niż 9 korzystnych wariantów wspomnianych 21 genów. Z kolei uczestnicy badań, którzy uzyskali dobre efekty ćwiczeń (high responders), mieli 19 lub więcej korzystnych wariantów tychże 21 genów. Osoby ze średnimi wynikami ćwiczeń miały od 9 do 18 korzystnych wariantów.
Badanie wykazało, że przynależność do grupy high responders, low responders lub do grupy osób ze średnimi wynikami tylko w połowie zależy od 21 genów.
Najwyraźniej kod genetyczny zapisany w tychże genach, stanowiących jedynie promil wszystkich ponad 20 000 genów, jest odpowiedzialny zaledwie w połowie za efekt kondycyjny, jaki przynosi nam znój na bieżni. Najbardziej interesujący z tego punktu widzenia gen znany jest pod nazwą ACSL1 (zawsze nadaje im się dziwne nazwy). Wpływa on na sposób, w jaki ciało odkłada tłuszcz. Różne warianty ACSL1 mogą być odpowiedzialne za nawet sześcioprocentowe różnice w tym, jak dany organizm reaguje na trening kondycyjny. Sześć procent to pozornie niewiele, ale weźmy pod uwagę, że być może ten zaledwie jeden gen odpowiada za tak znaczną rozpiętość wyników. ACSL1 niewątpliwie będzie częstym obiektem przyszłych badań.
Czy istnieją przypadki beznadziejne?
Fakt, że co ósma osoba nie poprawia swojego górnego poziomu wydolności tlenowej pomimo wielomiesięcznego wysiłku na bieżni, może być zniechęcający, nieprawdaż? Łatwo zrozumieć, dlaczego niektórym podcina to skrzydła i rezygnują. Może twoje doświadczenie podpowiada ci, że nie należysz do osób, które bez trudu poprawiają swoją kondycję. Czy to oznacza, że jesteś przypadkiem beznadziejnym i równie dobrze możesz zaprzestać ćwiczeń? Nie, absolutnie nie! Ważnym powodem, by nie ustawać, jest to, że nawet jeśli ćwiczenia, które wykonujesz, nie dają pozytywnych rezultatów w zakresie kondycji lub siły, to jednak mimo wszystko wpływają na inne ważne obszary zdrowia. Okazuje się, że te osoby, które najbardziej poprawiają swoją kondycję w wyniku ćwiczeń, to niekoniecznie te same osoby, które odczuwają inne pozytywne efekty ćwiczeń, takie jak na przykład dobre ciśnienie krwi, właściwy poziom cukru czy tłuszczu we krwi.
...te osoby, które najbardziej poprawiają swoją kondycję w wyniku ćwiczeń, to niekoniecznie te same osoby, które odczuwają inne pozytywne efekty ćwiczeń...
Trzeba pamiętać, że większość badań medycznych nad treningiem dotyczy ćwiczeń kondycyjnych odbywanych w krótkich sesjach, nie dłuższych niż godzina. Tymczasem różni ludzie w różny sposób odpowiadają na odmienne ćwiczenia. Niektórzy uzyskują lepsze efekty dzięki ćwiczeniom siłowym, inni dzięki mniej wytężonemu treningowi, a jeszcze inni dzięki intensywnym treningom interwałowym (więcej na ten temat piszemy na s. 133).
Być może w ogóle nie ma non responders i ruch oddziałuje na wszystkich ludzi, wystarczy tylko znaleźć odpowiednią jego formę, aby rezultaty utrzymały się jak najdłużej. Kiedy zestawi się wyniki różnych badań dotyczących treningu interwałowego, widać, że wszyscy, którzy ćwiczą, uzyskują efekty, to znaczy poprawiają swoją kondycję. Jeśli w twoim przypadku trening interwałowy nie przynosi rezultatów, to wypróbuj inny rodzaj ćwiczeń. Wcześniej czy później zauważysz poprawę.
Czy trening może być szkodliwy dla organizmu?
Aktywność fizyczna korzystnie wpływa na ciśnienie, poziom tłuszczu i cukru we krwi, poziom hormonów. Niestety nie u wszystkich. U pewnej części osób te wskaźniki nie zmieniają się wcale. By jeszcze bardziej skomplikować obraz, trzeba powiedzieć, że u niektórych ludzi dochodzi do reakcji wręcz przeciwnych, na przykład do wzrostu ciśnienia krwi na skutek regularnego treningu. Jak często się zdarza taka sytuacja?
Niestety nie należy ona do rzadkości. Około 20–30 procent ludzi uzyskuje negatywne rezultaty w jednym zakresie, na przykład po treningu wzrasta u nich poziom cukru we krwi. Siedem procent doświadcza negatywnego wpływu ruchu w dwóch zakresach, na przykład wzrasta zarówno ciśnienie, jak i poziom cukru we krwi. A jeden procent ma tak mało szczęścia, że osiąga niekorzystne wyniki w trzech lub więcej dziedzinach.
Aktywność fizyczna korzystnie wpływa na ciśnienie, poziom tłuszczu i cukru we krwi, poziom hormonów. Niestety nie u wszystkich.
Czy brzmi to druzgocąco? Wytłumaczmy, co to naprawdę oznacza. To, że niektórzy wykazują negatywne efekty, na przykład podwyższone ciśnienie, można wytłumaczyć sobie w ten sposób, że nie powinno się zalecać ruchu osobom z wysokim ciśnieniem. Zalecenia zażywania ruchu kieruje się do całej populacji – u większości osobników po regularnych treningach odnotowuje się obniżone ciśnienie, lecz w niektórych, odosobnionych przypadkach ciśnienie krwi może wzrosnąć.
O tym, czy należymy do grupy ludzi, którzy reagują przeciwnie lub nie reagują wcale na trening, możemy się przekonać wyłącznie za pomocą testów. Wzrostu ciśnienia lub poziomu cukru nie można wyczuć. Jeśli coś cię niepokoi – zbadaj sobie ciśnienie. To dotyczy szczególnie takich sytuacji, gdy od początku masz wysokie ciśnienie i zaczynasz ćwiczyć. O jednej rzeczy warto pomyśleć. Gdy badano, ile osób reaguje przeciwnie na trening i doznaje negatywnych skutków, często koncentrowano się na zaledwie kilku objawach, na przykład ciśnieniu krwi, zawartości tłuszczu i cukru we krwi. Pomijano inne obszary zdrowia, w których trening daje pozytywne efekty – weźmy na przykład ciężar ciała, wydolność tlenową, funkcjonowanie serca, budowę ciała, oddziaływanie hormonów stresu, takich jak kortyzol i adrenalina. Dlatego wspomniane badania pokazują bardzo uproszczony obraz. Pomimo wyższego ciśnienia krwi można uzyskać pozytywne efekty ruchu w innych obszarach zdrowia.
Geny, które wpływają na trening
Wiele różnych genów łączy się z treningiem. Ich lista wciąż się wydłuża. Niektóre geny są już dość dobrze poznane, o innych wiemy jeszcze niewiele. Część genów, które wydają nam się szczególnie interesujące, przedstawiliśmy poniżej. Nasz wybór jest całkowicie subiektywny. Warto zauważyć, że często – choć nie zawsze – gen nosi tę samą nazwę co białko, które jest przezeń kodowane.
ACE powiązano z treningiem już pod koniec lat 90. Białko tego genu reguluje ciśnienie i odpowiada za ukrwienie komórek mięśniowych. Przypuszcza się, że ACE wpływa również na to, jak szybko się męczymy i jak reagujemy na przebywanie na dużych wysokościach. Wydaje się, że niektóre warianty ACE występują częściej u wybitnych sportowców wyczynowych, a inne warianty częściej u osób, które trenują kondycyjnie. Jednakże ACE nie jest jedynym odpowiedzialnym za to, czy łatwiej reagujemy na trening siłowy czy kondycyjny.
ACSL1 decyduje o sposobie, w jaki ciało odkłada tłuszcz. Różne warianty tego genu zdają się wpływać także na odnotowywane między ludźmi różnice w wynikach treningu kondycyjnego, które dochodzą do nawet sześciu procent. To duża wartość, trudna do wytłumaczenia działaniem jednego genu. Nie wiadomo, w jaki sposób ACSL1 wpływa na to, jak reagujemy na trening kondycyjny.
Alfa-aktynina 3 jest nazywana „genem szybkości” (the speed gene) i odgrywa ważną rolę w procesie szybkiego wzrostu siły. Efektem ubocznym owej szybkości jest tendencja do tworzenia zakwasów. Niektóre warianty alfa-aktyniny 3 sprawiają, że mięśnie wymagają dłuższego okresu regeneracji po sesji treningowej. Alfa-aktynina 3 decyduje o predyspozycjach do uprawiania intensywniejszych dyscyplin sportowych, takich jak sprint, lub dyscyplin wytrzymałościowych.
AMPK reguluje zasób energii i prawdopodobnie pełni istotną funkcję w procesie zmian zachodzących w komórkach mięśniowych na skutek ćwiczeń. Wydaje się, że kontroluje również wytrzymałość. Myszy, u których podczas testów laboratoryjnych blokowano działanie genu AMPK, były w stanie przebiec jedynie kilka metrów.
EPO jest hormonem (gen hormonu również tak się nazywa) wytwarzanym w nerkach, który stymuluje tworzenie czerwonych krwinek odpowiedzialnych za rozprowadzenie tlenu do mięśni. EPO ma duże znaczenie dla wydolności tlenowej i jest też znaną substancją dopingową, która wpływa na poziom hemoglobiny we krwi. Wiele wskazuje na to, że EPO oddziałuje również na pamięć.
EPO-R jest receptorem dla EPO. To dzięki niemu EPO może wywoływać właściwy sobie efekt, to jest tworzyć nowe krwinki czerwone.
FOXO łączy się z długością życia. Wykazano, że pewien wariant tego genu występuje u ludzi długowiecznych (stulatków). FOXO pełni również istotną funkcję podczas treningu siłowego i prawdopodobnie przedłuża żywotność komórek mięśniowych.
Genowi IGF1 przypisuje się rolę w budowie i regeneracji mięśni. Wiele efektów działania IGF1 przypomina rezultaty działania insuliny, stąd też jego nazwa – Insulinlike Growth Factor. Poziom IGF1 zdaje się rosnąć w miarę uprawiania aktywności fizycznej. Być może ten gen w jakimś stopniu jest odpowiedzialny za nowotwory.
LEPTYNA, nazywana hormonem głodu, powstaje w tkance tłuszczowej. Hormon sygnalizuje wielkość rezerwy energii w organizmie. Przez to regulacji podlega również odczucie głodu. Przeprowadzono wiele badań mających na celu opracowanie leku odchudzającego na bazie leptyny, jak dotąd bez rezultatu.
MIOSTATYNA to białko, które odpowiada za rozwój tkanki mięśniowej. Jest ono wytwarzane przede wszystkim w komórkach mięśniowych. Jeśli miostatyna nie funkcjonuje poprawnie, to następstwem tego może być rozrost mięśni. U bydła charakteryzującego się szybkim przyrostem mięśni, takiego jak rasa błękitna belgijska lub piemontese, występują uszkodzenia w miostatynie, co uzyskuje się poprzez dobór hodowlany.
VEGF jest ważnym genem uczestniczącym w tworzeniu nowych komórek krwi. Dostateczna ilość krwi jest kluczowa w procesie dotlenienia i dostarczenia komórkom odpowiednich wartości odżywczych, by mogły pełnić swoje funkcje.
Jeśli zmieniasz tryb życia i przechodzisz od ciągłego siedzenia do regularnej aktywności fizycznej, to równocześnie zmienia się działanie ponad 900 różnych genów.
Ważny jest łączny efekt zdrowotny – dopiero gdy zsumuje się wszystkie rezultaty treningu, będzie można określić, czy zagrożenie negatywnymi konsekwencjami ruchu jest małe czy duże. Regularna aktywność fizyczna wpływa na setki mechanizmów i procesów w ciele. Ich łączny efekt prowadzi do poprawy zdrowia i zmniejszenia ryzyka śmierci.
Mówiąc prościej: przytłaczająca większość ludzi nie ma żadnego powodu, by rezygnować z ruchu w obawie przed podwyższeniem ciśnienia krwi lub poziomu tłuszczu we krwi wskutek zażywania ruchu.
Trening wpływa na setki genów
Związek pomiędzy treningiem a genetyką nie sprowadza się tylko do wykrycia genów, które wpływają na to, czy osiągniesz dobrą kondycję lub wzmocnisz się dzięki aktywności fizycznej. Tu chodzi również o ustalenie tego, które geny decydują o tym, że jesteś aktywny fizycznie. Okazało się bowiem, że trening mocno oddziałuje na nasze DNA i tym samym wiele genów ulega wpływowi treningu. To interesujące, jak znikoma ilość ruchu wystarczy, by znacząco wpłynąć na geny.
Naukowcy z Austrii przeprowadzili badania mięśni u grupy osób przed pojedynczą sesją treningową i po niej. Badacze obserwowali, które geny są aktywne. Analiza wyników pokazała, że już taka niewielka aktywność wpłynęła na ponad 100 różnych genów w mięśniach. Regularne, kilkutygodniowe ćwiczenia oddziałują na geny w jeszcze większym stopniu. Co zatem powiesz na przykład o tym: jeśli rezygnujesz z siedzącego trybu życia na rzecz regularnej aktywności fizycznej, to zmienia się aktywność ponad 900 różnych genów.
Istnieje związek pomiędzy liczbą uaktywnionych genów a wynikami ćwiczeń. Ludzie, którzy za sprawą lekkiego nawet treningu szybko poprawiają swoją kondycję, aktywują geny w komórkach mięśniowych w większym stopniu niż osoby, które nie osiągają tak dobrych wyników ćwiczeń. To, co jest szczególnie interesujące, to że wiele spośród genów, które aktywują się w komórkach mięśniowych podczas wykonywania ćwiczeń, odgrywa również pewną rolę w zwalczaniu takich schorzeń, jak cukrzyca i choroby wieńcowe. To mogłoby oznaczać, że aktywowanie tych genów, które następuje wskutek zażywania ruchu, zapewnia również ochronę przed chorobami.
Niezwykle silne niemowlę
W 2004 roku ukazał się artykuł na temat pewnego czterolatka z Niemiec, który stał się sensacją w świecie medycznym. Tuż po urodzeniu u chłopca niezwykle szybko rozwijała się muskulatura, chłopiec był o wiele silniejszy niż jego rówieśnicy. W wieku czterech lat mógł utrzymać czterokilowe odważniki na wyprostowanych ramionach. Konsultowano jego przypadek z wieloma specjalistami, którzy jednak nie potrafili wskazać przyczyny takiego stanu rzeczy. Dopiero analiza jego genów dała odpowiedź. Chłopiec był nosicielem niezwykłej mutacji genu o nazwie miostatyna.
Miostatyna wydziela się w mięśniach, ograniczając ich przyrost. Oczywiście białko było już znane, zanim zwrócono uwagę na tego niemieckiego chłopca, którego tożsamość rodzice postanowili utrzymywać w tajemnicy. Właśnie to białko z powodu mutacji genetycznych odpowiada za przyrost masy mięśniowej u bydła rasy błękitnej belgijskiej. Gdy miostatyna przestaje działać, mięśnie rosną w sposób niekontrolowany. Mały Niemiec stał się pierwszym znanym przypadkiem wykrycia mutacji genu miostatyny u człowieka. Przy okazji zaobserwowano, że prowadzi to do niespotykanej siły fizycznej.
Naukowcy poddali badaniom również jego matkę (ale nie ojca ze względu na jego długotrwałą nieobecność). Jako wyczynowa sprinterka była ona nosicielką jednej kopii uszkodzonego genu, druga kopia (wszyscy mają dwie kopie genu, ponieważ jedną dziedziczy się od matki, a drugą od ojca) była zwyczajna. Chłopiec miał dwie uszkodzone kopie, co oznacza, że odziedziczył po jednej zmutowanej kopii od matki i ojca. Ten przypadek wzbudził duże zainteresowanie na całym świecie i zyskał nazwę hipertrofii mięśniowej.
Kilka lat później przedstawiono jeszcze jeden przypadek. Liam Hoekstra, amerykański trzylatek z Michigan, podobnie jak mały Niemiec wykazywał sensacyjnie duży przyrost mięśni. W wieku pięciu miesięcy zwykł odpoczywać, wykonując tak zwany krzyż żelazny (zawisanie na sznurze z wyciągniętymi ramionami), natomiast w wieku dziewięciu miesięcy zaczął ćwiczyć podciąganie się na drążku.
W przypadku Liama genetyczne wyjaśnienie przyrostu mięśni jest inne niż w przypadku niemieckiego chłopca. U Liama gen miostatyny był normalny, ale receptor nie działał poprawnie. Rezultat był tu i tu podobny – niezwykle silny rozrost mięśni. O tym, jak będzie przebiegał dalszy rozwój chłopców, przekonamy się za jakiś czas. Obaj chłopcy są pod obserwacją lekarzy, ponieważ istnieje ryzyko, że również serce, które przecież też jest mięśniem, będzie narażone na rozrost.
Ostatnimi laty odnotowano około stu przypadków hipertrofii mięśniowej na tle dysfunkcji miostatyny. Wielu uważa, że takie zainteresowanie nimi – również ze strony mediów – staje się niesmaczne, gdyż są one poddawane, niczym w cyrku, pod osąd publiczności. Jest faktem, że dzięki chłopcom wiedza medyczna się poszerzyła. Obecnie trwają prace nad lekami, które blokowałyby miostatynę w przypadku chorób powodujących wiotczenie mięśni.
Fiński biegacz narciarski
W latach 60. Fin Eero Mäntyranta zdobył wiele złotych medali w narciarstwie na igrzyskach olimpijskich i mistrzostwach świata. Jest uważany za jednego z najlepszych narciarzy w historii Finlandii, a poza tym należy do grupy niewielu olimpijczyków, którzy brali udział w czterech igrzyskach z rzędu. Podczas igrzysk olimpijskich w 1964 roku Mäntyranta uzyskał wyniki do tego stopnia wykraczające ponad przeciętne, że wygrał bieg na 15 kilometrów z przewagą 40 sekund. Tak dużej przewagi między zwycięzcą a srebrnym medalistą nie odnotowano na igrzyskach ani nigdy wcześniej, ani nigdy później.
Mäntyranta odznaczał się niezwykłą wydolnością tlenową. Z powodu osiąganych rezultatów podejrzewany był o doping. Dlaczego jego wyniki były takie imponujące – tego dowiedziano się dopiero, badając jego geny. Okazało się mianowicie, że miał on niezwykły wariant genu dla receptora erytropoetyny (EPO).
EPO jest hormonem wydzielanym w nerkach, pobudzającym szpik kostny do wytwarzania czerwonych krwinek, które wpływają między innymi na wydolność tlenową. Wygląda to w ten sposób, że białko EPO pobudza receptor w tych komórkach, w których powstają czerwone krwinki. Zazwyczaj kiedy EPO pobudza receptor, ten wysyła sygnał komórkom, by wytwarzały krwinki. W przypadku Mäntyranty receptory EPO były niezwykle aktywne i gdy tylko zostały pobudzone, szpik kostny niemal wypryskiwał z siebie czerwone krwinki. Dlatego też narciarz miał wysoki poziom krwinek, nawet o 50 procent wyższy niż inni ludzie.
Nawet jeśli kwestia receptora EPO nie jest jedynym wyjaśnieniem przewagi, jaką Mäntyranta zdobywał w konkurencjach biegowych, to bez wątpienia przyczyniła się ona do jego sukcesów. Receptory EPO Eero Mäntyranty to jeden z niewielu przykładów, w których wskazano konkretny gen jako współodpowiedzialny za zdolności konkretnego sportowca.
Jednak przypadki Mäntyranty i chłopców z hipertrofią mięśni związaną z działaniem miostatyny stanowią wyjątki, w których mutacje poszczególnych genów w tak dużym stopniu wpłynęły na sprawność. W życiu większości ludzi, nawet wyczynowych sportowców, poszczególne geny nie grają aż tak decydującej roli.