В последние годы в научном мире не просто возникла новая наука эпигенетика, она буквально вспыхнула словно сверхновая. Количество исследований по ней за последние годы просто не поддается счету. Ну, естественно же, не обошла она стороной и спорт, а в частности, легкую атлетику. Но прежде чем начать обсуждение вопроса – «что с нами происходит с годами тренировок и почему?», следует для начала разобраться – что же такое эпигенетика.

Самое точное определение понятия «эпигенетика» принадлежит нобелевскому лауреату, английскому биологу Питеру Медавару: «Генетика предполагает, а эпигенетика располагает».  Всем ли из нас известно, что каждая наша клетка обладает памятью? В них сохраняется не только информация о том, что вы обычно едите на завтрак, но и какими продуктами питалась ваша мать во время беременности, и сколько литров пива выпил ваш отец, учась в институте. В клеточной памяти есть информация, с какими вирусами вы имели дело, и какие эмоции вы испытывали в детстве чаще всего. Во многом благодаря клеточной памяти мы не похожи на бабуина, хотя имеем с ним примерно одинаковый состав генома. И эту удивительную особенность наших клеток помогла понять наука эпигенетика.

Эпигенетика — довольно молодое направление современной науки, и пока она не так широко известна, как ее «родная сестра» генетика. В переводе с греческого приставка «эпи-» означает «над», «выше», «поверх». Если генетика изучает процессы, которые ведут к изменениям в наших генах, в ДНК, то эпигенетика исследует изменения активности генов, при которых структура ДНК остается прежней. Можно представить, будто некий «командир» в ответ на внешние стимулы, такие как питание, эмоциональные стрессы, физические нагрузки, отдает приказы нашим генам усилить или, наоборот, ослабить их активность.

Эпигенетика как раз и определяет, как будут, или не будут работать данные нам природой гены. А выражаясь языком науки, наш образ жизни запускает экспрессию (активизацию) определенных генов. Эпигенетика изучает этот вопрос. Как, может быть, кто- то из вас знает, гены могут выполнять транскрипцию и трансляцию – процессы передачи информации, благодаря которым после тренировки активируется синтез белков – или миофибрильных (приводит к росту мышечной массы и силовых показателей) или митохондриальных (приводит к увеличению митохондрий, что делает наши мышцы выносливее). Эпигенетика начинает работать там, где определенные вещества или субстанции внутри клетки начинают взаимодействовать с геном и определяют, активировать его или нет, на какой срок активировать, и общее количество новых белков, которые нужно синтезировать в мышцах.   

Вообще, обсуждать такие сложные вопросы, не являясь специалистом, не совсем правильно, однако, несмотря на недостаток специальных знаний в этой области, попробую сделать хотя бы поверхностное описание. Эпигенетика влияет на экспрессию (как я уже упоминал, это активация) генов несколькими путями. Основной путь – это непосредственное взаимодействие определенного вещества, вырабатываемого в клетке в результате тренировки, непосредственно с ДНК, при этом происходит экспрессия определенных генов, что также определяется - какое именно вещество взаимодействовало с ДНК. Второй путь – определенные вещества наоборот «выключают» активные гены.

Можно провести еще одну аналогию – генетику сопоставить с «железом», а эпигенетику с программным обеспечением. При таком сравнении становится все понятно – без хорошего софта даже 8-ядерный процессор не более, чем железка. Так и одаренный спортсмен без хорошей методики всего лишь одаренный спортсмен.

Говоря простым языком – функции отдельных генов изменяются под действием окружающей среды. Еще более интересным является тот факт, что эти изменения передаются из поколения в поколение. То, что вы делаете, или то, к чему у вас склонность наверняка обнаружится и у ваших детей. У родителей, долгое время занимающихся бегом на выносливость, возникают, если так можно выразиться, своеобразные «мутации», способствующие высокому потреблению кислорода, хорошей устойчивости к закислению, быстрому восстановлению от нагрузок. У таких родителей дети с большой долей вероятности способны добиться в спорте более высоких результатов, потому что родители долгое время трудились, чтобы передать детям плоды своих тренировок – активные гены.

Какие изменения могут возникать?

Поскольку эпигенетика – совсем уж новая отрасль науки, то у специалистов еще множество неразгаданных вопросов. Причем, ключевой из них – «Как можно повлиять на эпигенетику и почему происходят изменения?»

За всю жизнь мы подвергаемся огромному количеству стрессов из-за возникновения на нашем жизненном пути стрессоров различного происхождения. Например –  неправильное питание, неблагоприятная экология, холодный или жаркий климат – все это стрессоры различного порядка, но каждый из них по своему влияет на организм, заставляя его адаптироваться к стрессу. Самыми яркими примерами того, как питание и диета могут влиять на потомство, являются следующие два. Интересное исследование проводилось в одной из деревень Швеции, где изучался каждый житель. Обнаружено, что если в детстве человек (мужского пола) переедал, то его внуки имели повышенный риск заболеть диабетом. Точно так же для женщин – если они недополучали положенные им калории во время беременности, то их ребенок с большой долей вероятности получал резистентность к инсулину и склонность к ожирению.

Кроме того, сама реакция на стресс может сильно влиять на потомство. Если хотя бы один из родителей в течение жизни регулярно находился в состоянии стресса, когда в крови был высокий уровень гормонов, это может сильно повлиять на здоровье детей, в частности на их стрессоустойчивость и на естественный уровень гормонов стресса. Помимо этого у детей могут наблюдаться изменения в работе сердечно-сосудистой системы, составе тела, обмене веществ и много других.

Как это происходит?

Сложный вопрос, но довольно интересный – что- же лежит в основе эпигенетических изменений?

Если говорить о долгосрочных генетических изменениях как способу естественного отбора, то эпигенетика обеспечивает краткосрочную «встройку» в реалии окружающей среды, что позволяет организму выжить.

По сути эпигенетика – это тонкая настройка или регулировка всех систем организма, обеспечивающая максимальное соответствие условиям окружающей среды.

Существует даже интересная гипотеза, которая с помощью эпигенетики пытается объяснить возникновение болезней. Она выглядит так  - болезнь возникает тогда, когда появляется несоответствие между ожидаемой окружающей средой, и реальной. Если текущая «настройка» организма соответствует реальной окружающей среде, болезнь пройдет мимо. Когда возникает несоответствие, способность человека реагировать на резкие воздействия окружающей среды (сюда относятся и тренировки) может оказаться недостаточной, что приводит к ослаблению организма и впоследствии, к болезни.

Проведем аналогию на спорт. Тренируясь долгие годы на 100м и готовясь к олимпийским играм, спортсмена неожиданно ставят на более длинную дистанцию. То есть, ожидаемая среда не совпадает с реальной, к которой организм не адаптирован.  Дистанцию 400м этот спортсмен еще сможет неплохо проскочить, так как несоответствие между 100м и 400м не такое огромное, но полностью провалит 5000м, так как там совсем иные требования для организма. От этого же возникают и спортивные травмы – организм не успевает так быстро приспособить свой опорно-двигательный аппарат, насколько быстро мы повышаем нагрузку. Любая адаптация к незнакомой ситуации– есть активирование или же наоборот, выключение конкретных генов в организме.

Слишком много написал информации на абсолютно неспортивную тему, но это для лучшего понимания описываемого явления. Теперь обратимся к тому, что с нашим организмом происходит под влиянием профессионального тренинга.

Эпигенетика и бег на выносливость

До этого мы рассматривали только отрицательные изменения в организме, предлагаю теперь немножко подумать о хорошем – как с помощью эпигенетики стать быстрее, выше и сильнее?

В исследовании животных были обнаружены изменения под действием окружающей среды в сердечной мышце, системе кровообращения, уровне стрессовых гормонов и обмене веществ. Как правило, исследователи обнаруживали лишь негативные изменения, но интригует тот факт, что вообще эти изменения возможны.

Изменения окружающей среды, физические нагрузки, диета способны вызывать экспрессию определенных генов. К примеру, при исследовании мышей, где взяли контрольную и экспериментальную группу, обе группы сидели на высококалорийной диете, но экспериментальная получала вдобавок витамин Б12, фолиевую кислоту и холин. На выходе эксперимента получили, что в экспериментальной группе мыши не добавили в весе, а в контрольной – значительно добавили. Получается, всего три витамина изменили экспрессию генов, которые отвечают за расщепление и утилизацию жирных кислот.  Взглянем теперь на то, насколько сильно будет влиять на нас тот факт, что наши родители были спортсменами высокой квалификации.

Самым главным фактором-активатором генов выносливости является PGC-1α. Это как раз то самое, описываемое выше вещество, способное при взаимодействии с ДНК активировать гены выносливости. Этот фактор-активатор появляется в клетках как при интенсивной интервальной работе, так и при длинных аэробных кроссах. То есть, чем больше в наших клетках вещества PGC-1α, тем выше эффект тренировки на развитие выносливости. Это вещество вызывает повышение концентрации эритропоэтина в крови (что приведет к росту эритроцитов и гемоглобина) и увеличение активности митохондрий (рост мышечной выносливости). Ученые нашли, что у родителей, тренировавшихся на выносливость, передается определенная информация детям, благодаря которой PGC-1α будет вызывать большую экспрессию генов выносливости.

Также остро стоит вопрос изменения соотношения мышечных волокон под влиянием эпигенетических факторов. Мышечные волокна если не вникать в тонкости делятся на медленные волокна, быстрые неутомляемые и быстрые утомляемые. Как известно, при тренировке на выносливость меняется тип мышечных волокон в сторону более медленных, а при спринтерской тренировке возможны небольшие сдвиги в сторону быстрых. Естественно, эти изменения не так велики, как нам бы хотелось, и при всем желании из марафонца не сделать спринтера, хотя путем целенаправленных тренировок можно значительно поднять скорость. В качестве реакции  на нагрузки разного характера – аэробной или анаэробной, в мышцах появляются определенные вещества (об этом уже было сказано), способствующие изменениям в типе мышечных волокон. То есть эпигенетика прослеживается и здесь – мы можем целенаправленно манипулировать, правда недостаточно сильно, какой тип волокон должен увеличиться, а какой уменьшиться.

В заключение хотелось бы отметить, что наш образ жизни, наше питание, физическая нагрузка – все это не только адаптирует нас к окружающей среде, но и передает все это последующим поколениям, чтобы они были еще быстрее, еще выносливее нас. Вот тут и возникает интересный вопрос – можно ли объяснить с помощью эпигенетики превосходство в беге на выносливость кенийцев и эфиопов, или же они имеют уникальные «гены выносливости»? Этот вопрос будет обсуждаться в дальнейшем.