Научная группа из Израиля попробовала выяснить, как циркадный ритм влияет на эффективность физических упражнений и что происходит с метаболизмом в связи с физическими нагрузками.
Ученые провели эксперимент с мышами, которых заставляли бежать по беговой дорожке (результат их трудов описан в журнале Cell Metabolism). Мыши делились на две группы — на тех, кто бежал через 2 часа после пробуждения, и тех, кто бегал через 10 часов после «подъема». Изменяя скорость движения беговой дорожки, ученые замеряли, при какой скорости и на сколько хватит грызунов. В соревновании на высокой скорости — свыше 30 см/с — лучше, правда не намного, выступила группа, которая бежала утром. Ранние мыши продержались всего на две минуты дольше своих конкуренток из вечерней группы. Другое дело — соревнования на средних и низких скоростях. Здесь уже вечерние мыши взяли свое — они показали отличный результат, продержавшись на дорожке вдвое дольше своих соперниц.
Были и другие мыши, которым ученые нокаутировали (сделали неработоспособными или удалили) гены PER1 и PER2. Эти гены необходимы для работы циркадного ритма. Циркадный ритм — это смена фаз сна и бодрствования, заложенные в биохимии организма; из-за смены фаз происходят колебания гормонального фона и активности генов, содержания ферментов. Мыши с отключенными генами, а значит, и с неработающим циркадным ритмом бегали одинаково — что утром, что вечером.
Через час после соревнований мыши были принесены в жертву науке. Ученые использовали препарат мышц из лапок мышей, чтобы изучить, как фаза суточного ритма, во время которой мыши бегали, повлияла на содержание белков и экспрессию генов. Оказалось, что профиль метаболитов, то есть веществ, которые выделяются в ходе обмена веществ, имел существенные различия между утром и вечером. Авторы работы обратили внимание в особенности на одно вещество — 5-аминоимидазол-4-карбоксамид рибонуклеотид, или сокращенно ZMP. ZMP активирует белок АМФ-активируемую протеинкиназу, АМФК, который, в свою очередь, контролирует энергетический баланс клетки. Этот белок подавляет синтез липидов, стимулирует гликолиз и β-окисление жирных кислот (это процесс, при котором жир сжигается для получения энергии). При этом активность ZMP вечером примерно вдвое выше, чем утром. Кстати, ZMP, или AICAR, применяется для лечения ишемии, а помимо этого, используется как допинг.
Кроме того, ученые провели опыт с людьми. Двенадцать человек выполняли физические упражнения утром и вечером, а ученые замеряли потребление кислорода и выброс углекислого газа, а также частоту сердечных сокращений, интенсивность дыхания, температуру тела и уровни глюкозы и молочной кислоты в крови. Оказалось, что между двумя группами различий по этим параметрам немного, но заметно отличается только потребление кислорода — вечером оно ниже. Как пишут авторы статьи, более низкое потребление кислорода связано с более высоким расщеплением глюкозы, для которого кислород не нужен, и большей эффективностью физических упражнений.
У исследования есть два ограничения. Первое: ученые исследовали только биохимию в мышцах конечностей, хотя какие-то изменения могли происходить и, скорее всего, происходили и в других частях тела, например в печени и жировой ткани. Кроме того, в эксперименте участвовали мыши с нокаутированными генами PER1 и PER2, которые, возможно, будучи активными, сами по себе влияют на работу других генов и биохимию, помимо своей роли в регуляции циркадных ритмов.