Фізичні вправи проти старіння: нові наукові перспективи
Підготувала канд. мед. наук Ірина Жакун
Досягненням сучасної медицини є збільшення тривалості життя людей, але цей процес супроводжується зниженням фізичних і когнітивних функцій, зростанням кількості хронічних захворювань. Тому особливо важливим завданням медицини є вдосконалення методів профілактики хвороб, що дає змогу не лише подовжити життя, а й зберегти його якість.
Одним з найрезультативніших підходів є регулярна фізична активність (ФА). Вона пов’язана із численними позитивними ефектами та сповільнює механізми старіння. Фізичні вправи (ФВ) зменшують пошкодження ДНК, запобігають укороченню теломер, покращують роботу клітин, підтримують баланс білків, процеси очищення клітин, зменшують вплив хронічного запалення на тканини, покращують обмін речовин, регуляцію енергії, сповільнюють старіння всіх видів клітин організму людини та сприяють регенерації стовбурових клітин (рис. 1).
Структуровані тренування допомагають зберегти структуру тканин, підтримують рухову функцію та позитивно впливають на психічне здоров’я: зменшують кількість депресій і соціальну ізоляцію літніх людей. Регулярні ФВ є дієвим немедикаментозним способом профілактики захворювань і подовження активного, здорового життя людей старшого та похилого віку. Однак для визначення оптимальних режимів ФВ для людей похилого віку потрібні додаткові дослідження.
Y. Qiu та співавт. проаналізували результати наукових робіт, присвячених впливу ФА й різних схем фізичних тренувань на основні ознаки старіння. До огляду були включені дослідження за участю людей похилого віку й осіб із хворобами, які пов’язані зі старінням, експериментальні дослідження на тваринах у моделях старіння та вікових патологій, а також рандомізовані контрольовані дослідження, котрі оцінювали вплив ФВ на стан здоров’я літніх людей.
Відомо, що процес старіння супроводжується накопиченням пошкоджень ДНК та підвищує ризик розвитку нейродегенеративних і онкологічних хвороб. Тому стратегії, які зменшують ушкодження ДНК або покращують її відновлення, є вкрай важливими. Підтримка стабільності геному має вирішальне значення для збереження клітинних функцій, а її зниження може прискорити процес старіння. Нестабільність геному людини проявляється накопиченням пошкоджень ДНК, активацією ретротранспозонів, укороченням теломер і порушенням здатності ДНК до репарації. Регулярна ФА сприяє стабільності геному, зменшенню пошкодження ДНК та посиленій репарації ДНК (рис. 2).
Аналіз ефектів ФА показав, що регулярні вправи знижують рівні маркерів пошкодження ДНК, зокрема показників окисного стресу, а також зменшують частоту пошкоджень ДНК. Це супроводжується підвищенням антиоксидантного захисту. Тривала практика спортивних вправ пов’язана з меншим рівнем пошкоджень ДНК і кращими механізмами її репарації. Водночас дуже інтенсивні навантаження можуть підвищувати пошкодження ДНК. Загалом регулярні вправи сприяють стабільності геному через активацію систем відновлення ДНК за участю нейротрофічних факторів (наприклад, BDNF*).
Мітохондріальна ДНК (мДНК) – молекула, що кодує білки та РНК, необхідні для роботи мітохондрій. З віком її кількість і функція зменшуються, а мутації накопичуються, спричиняючи старіння та хвороби людей старшого віку. Експериментальні дослідження ознак передчасного старіння (втрата ваги, посивіння, менш тривале життя) виявили специфічні зміни в геномі мишей, які призводили до надмірного накопичення мутацій мДНК. Тривалі ФВ частково нейтралізували ці ефекти: покращували зовнішній вигляд тварин, підвищували витривалість і зменшували кількість мутацій мДНК, а також стимулювали біогенез мітохондрій і покращували їхню функцію. Водночас тренування за різними схемами діють по-різному: структуровані тренування на біговій доріжці стимулюють біогенез мітохондрій і знижують передчасну смертність, тоді як вправи меншої інтенсивності переважно зменшують мутації без істотного впливу на вміст мДНК та рівень загальної смертності. У людей вплив ФВ на мутації мДНК поки що не цілком зрозумілий, але відомо, що вправи можуть покращувати функцію мітохондрій.
Оцінювання результатів досліджень впливу ФВ на ядра клітин виявило позитивні зміни у фізично тренованих людей: ядра клітин мали стабільну структуру та меншу деформованість. В експерименті на мишах було виявлено, що фізичні тренування підвищували синтез білка ламін A. Наприклад, у пацієнтів із синдромом Гатчинсона – Ґілфорда мутація призводить до утворення дефектної форми ламіну A, що спричиняє прогерію.
Вкорочення теломер – захисних структур у структурі хромосом, які забезпечують стабільність геному, є маркером біологічного старіння. Дослідження показали, що регулярні ФВ вповільнюють цей процес. Силові й аеробні тренування, а також програми тривалих фізичних навантажень сприяють збільшенню довжини теломер, покращують когнітивні функції літніх людей і пацієнтів із хронічними хворобами. Ефект залежить від виду тканин і типу навантажень. Серед видів тренувань найвираженіший ефект – подовження теломер – показало високоінтенсивне інтервальне тренування (ВІТ), тоді як силові вправи часто не забезпечували змін. Водночас загальний рівень фізичної підготовки стабільно був пов’язаний з довшими теломерами. Регулярні ФВ підвищували активність теломерази, особливо ефективними були аеробні тренування та ВІТ, тоді як силові вправи мали слабший вплив. Отже, ФВ сповільнюють клітинне старіння шляхом впливу на теломери та теломеразу, а ефективність залежить від типу тренувань, виду тканин і рівня ФА. Однак виявлені результати потребують подальших досліджень.
Старіння супроводжується змінами епігеному: метилюванням ДНК, модифікаціями гістонів і некодувальної РНК (нРНК). Ці процеси є не лише наслідками, а й причинами старіння. ФВ впливають на них шляхом уповільнення епігенетичного віку, що зменшує ризик розвитку когнітивних і серцево-судинних захворювань (ССЗ). Також ФВ змінюють структуру гістонів шляхом впливу на експресію генів, що покращує пам’ять, когнітивну функцію та нейрозахист. Ефективність залежить від типу тренувань. Вправи активують процеси, які забезпечують збереження цілісності хроматину та захист нейронів. Окрім цього, ФВ опосередковано впливають на зміни нРНК, що захищає м’язи та мозок від старіння шляхом підтримання їхньої функції. Доведено, що ФВ можуть знижувати активність ретротранспозонів, яка з віком зростає, проте механізм цього досліджений не в повному обсязі. Отже, ФА впливає на старіння на рівні генів й епігеному та сприяє системному «омолодженню» організму.
Протеостаз – баланс синтезу, формування структури та руйнування білків. З віком він порушується, що спричиняє накопичення дефектних білків і розвиток нейродегенеративних хвороб. Вплив ФВ на підтримку протеостазу та макроавтофагії відображено на рисунку 3.
Регулярні ФВ зменшують акумуляцію пошкоджених білків, підвищують синтез захисних білків. Менше відкладання β-амілоїду важливе для сповільнення розвитку хвороби Альцгеймера. Також ФВ покращують мітохондріальний протеостаз і когнітивні функції. Вправи запобігають агрегації білків і підвищують ефективність клітинної репарації. Автофагія – процес утилізації пошкоджених компонентів клітини – з віком слабшає. ФВ активують автофагію та відновлюють клітинний баланс, покращують обмін речовин, функцію печінки, серця, кісток, стимулюють мітофагію, зменшують ризик нейродегенеративних захворювань і ССЗ. В експериментальних моделях хвороб (хвороба Альцгеймера, цукровий діабет, кардіоміопатія) вправи покращували функцію органів через відновлення автофагії. Отже, ФА підтримує якість білків і активує клітинне «очищення», що є ключовим механізмом уповільнення старіння та профілактики хвороб.
Відомо, що старіння супроводжується порушеннями обміну речовин. Харчування й доступність нутрієнтів значно впливають на цей процес: неповноцінна дієта прискорює старіння та хвороби, пов’язані з віком, тоді як збалансована – сповільнює їх. Основну роль відіграють сигнальні шляхи чутливості до поживних речовин, порушення котрих пов’язане зі старінням і ССЗ. ФВ сприяють противіковим ефектам за допомогою нормалізації цих шляхів: покращується чутливість до інсуліну, знижується ризик ССЗ, відновлюються метаболічний баланс і когнітивні функції, нормалізується вміст нутрієнтів. Також вправи підвищують рівні корисних метаболітів, зокрема гліцину, та сприяють збереженню м’язової маси. Важливу роль відіграють білки сестрини, які шляхом впливу на сигнальні шляхи відновлюють роботу мітохондрій. Отже, ФА відновлює порушені метаболічні сигнали, а її поєднання з правильним харчуванням є ефективною стратегією для подовження тривалості здорового життя. На рисунку 4 показано механізми впливу ФВ на засвоєння поживних речовин і функцію мітохондрій, що забезпечує покращення метаболізму.
Основними органелами, які синтезують енергію, є мітохондрії. З віком виникає дисфункція мітохондрій, яка пов’язана з хворобами Альцгеймера, Паркінсона, цукровим діабетом та ССЗ. Рухова активність покращує роботу органел, підвищує функцію та чутливість м’язів до інсуліну, зменшує окисний стрес. Тривалі тренування підтримують мітохондрії в різних тканинах, але надмірні навантаження можуть мати негативний ефект. Пептиди, що виробляються в мітохондріях, мають проти вікові властивості, але з віком їхня кількість зменшується. Фізичні тренування захищають мітохондрії від пошкоджень: підтримують синтез мітохондріальних білків і протеостаз, що важливо для збереження м’язової маси, покращення метаболізму та захисту клітин. Заняття спортом покращують енергетичний обмін і сповільнюють вікові зміни, що є провідним фактором здорового старіння.
Клітинна сенесценція – стан, коли клітина припиняє поділ, але при цьому залишається метаболічно активною, є однією з базових ознак старіння. Сенесцентні клітини акумулюються в організмі, виділяють запальні фактори та спричиняють розвиток хвороб. Регулярна ФА є ефективним немедикаментозним способом зменшення кількості таких клітин. На рисунку 5 продемонстровано, які саме механізми активуються внаслідок ФВ, через що зменшується клітинна сенесценція та стимулюється регенерація стовбурових клітин.
Пошкодження ДНК, запалення, стрес і порушення метаболізму спричиняють клітинне старіння. ФВ зменшують ці процеси, покращують функцію серця, пригнічують програму старіння клітин і знижують рівні запальних факторів. З віком у більшості тканин розвивається фіброз. Заняття ФВ зменшує накопичення колагену, відновлює баланс ферментів, покращує рухливість суглобів, функцію серця та кісток. З віком знижується здатність тканин до відновлення. Рухова активність збільшує кількість м’язових стовбурових клітин і запобігає саркопенії, стимулює нейрогенез, покращує пам’ять і функцію кісткових і кровотворних клітин, зменшує запалення та сприяє відновленню клітинних сигнальних механізмів.
Користь тренувальних навантажень частково пояснюється екзеркінами – сигнальними молекулами, які координують роботу органів і зменшують вплив процесів старіння. ФА зменшує запалення, покращує структуру тканин, активує регенерацію та міжклітинні сигнали. ФВ пов’язані зі зниженням рівня факторів крові, які спричиняють старіння, та підвищенням рівня противікових факторів, зменшенням запалення й запобіганням дисбактеріозу (рис. 6).
Старіння супроводжується хронічним запаленням: з віком зростає кількість прозапальних молекул (СРБ, ІЛ-6, ФНП-α), які погіршують стан тканин, але ФА сповільнює цей процес. Регулярні ФВ знижують їхні рівні, зменшують запалення й атрофію м’язів, збільшують синтез корисних молекул (BDNF, кластерин, піпеколова кислота), які покращують роботу мозку, пам’ять, зменшують запалення, підтримують метаболізм. Вплив ФА не лише на м’язи, а й на весь організм реалізується через екзеркіни (біологічно активні молекули, які виділяються у відповідь на ФВ) та міокіни (сигнальні молекули, які виділяються скелетними м’язами під час скорочення). Такі речовини, як іризин, катепсин B, β-аміноізомасляна кислота, покращують стан мозку, судин і обмін речовин. ФВ знижують рівні СРБ, ІЛ-6, ФНП-α та покращують імунну функцію, особливо ефективними для пригнічення запалення є аеробні вправи.
З віком порушується баланс кишкової мікрофлори, що пов’язано з виникненням хвороб. Доведено, що ФВ підтримують баланс кишкової мікрофлори, яка впливає на імунітет і метаболізм, захищає органи від старіння. Вправи підвищують кількість корисних бактерій, пригнічують розвиток прозапальних мікроорганізмів, покращують роботу мозку шляхом впливу на вісь «кишківник – мозок». В експериментах пересадка мікробіоти від тренованих організмів захищала серце й мозок реципієнтів від вікових ушкоджень – запалення, окисного стресу, судинної дисфункції та фіброзу.
Ефекти дозованої ФА – пришвидшення міжклітинних сигналів і пригнічення запалення – виявилися важливими механізмами зниження рівня тривожності, відчуття самотності, частоти діагностування депресії, покращення когнітивних функцій та якості життя. ФВ особливо ефективні для літніх і маломобільних людей. Вплив тренувань залежить від типу, інтенсивності та тривалості фізичних навантажень.
Отже, ФВ – один з дієвих немедикаментозних способів продовжити здорове життя шляхом комплексного впливу на організм. Найкращою противіковою стратегією сьогодні є регулярні персоналізовані вправи, які краще починати в молодому віці.
* BDNF (brain-derived neurotrophic factor) – білок мозку, який підтримує ріст, виживання та функціонування нейронів.
Література
Qiu Y., Fernández-García B., Lehmann H.I., et al. Exercise attenuates the hallmarks of aging: novel perspectives. J. Sport Health Sci. 2025; S2095-2546(25)00116-4. doi: 10.1016/j.jshs.2025.101108.