Fiziskās aktivitātes un bioloģiskais vecums: kā treniņi ietekmē biomarķieru pulksteņus

Fiziskās aktivitātes tiek konsekventi saistītas ar zemāku bioloģisko vecumu, taču efekta apjoms un ātrums lielā mērā ir atkarīgs no tā, vai bioloģiskais vecums tiek aprēķināts, izmantojot ikdienas klīniskos asins analīžu paneļus vai epiģenētiskos DNS metilēšanas pulksteņus [9, 12, 20]. Uz asins analīzēm balstīti algoritmi, piemēram, Levīnas fenotipiskais vecums (PhenoAge), atspoguļo metabolisma un iekaisuma stāvokļa izmaiņas jau 4 līdz 12 nedēļu laikā [12, 20], savukārt epiģenētiskajiem pulksteņiem parasti nepieciešami 6 līdz 12 mēneši, lai uzrādītu izmērāmas izmaiņas, kas pārsniedz testēšanas kļūdas robežu [11, 12]. Turklāt kontrolēti pētījumi liecina: lai gan kombinēti aerobie un spēka treniņi uzlabo sistēmisko veselību un funkcionālo kapacitāti, izolētas fizisko aktivitāšu intervences bez uztura vai svara kontroles stratēģijām bieži rada mazākas izmaiņas uz asins rādītājiem balstītajos novecošanās algoritmos nekā multimodālas programmas [14, 22].

Asins biomarķieri pret epiģenētiskajiem pulksteņiem

Bioloģiskā vecuma algoritmi iedalās divās plašās aprēķinu kategorijās, kas uz fiziskajām aktivitātēm reaģē atšķirīgos laika periodos [2, 12, 20]:

1. Klīniskās asins bioķīmijas algoritmi: Tādi rīki kā PhenoAge, Klemeras-Dubala metode (KDM) un Homeostatiskā disregulācija (HD) izmanto standarta asins bioķīmijas paneļus [2, 19]. Piemēram, PhenoAge izmanto hronoloģisko vecumu kopā ar deviņiem cirkulējošajiem marķieriem: albumīnu, kreatinīnu, glikozi tukšā dūšā, logaritmiski transformētu C reaktīvo olbaltumu (CRO), limfocītu procentuālo daudzumu, vidējo eritrocītu tilpumu (MCV), eritrocītu sadalījuma platumu (RDW), sārmaino fosfatāzi (ALP) un leikocītu (WBC) skaitu [2, 9, 20]. Šie marķieri atspoguļo vairāku orgānu sistēmu darbību un iekaisuma slodzi, prognozējot 10 gadu izdzīvotību un visu cēloņu mirstību lielās populācijās [17, 20, 27].
2. Epiģenētiskie pulksteņi: Tādi algoritmi kā DNAm PhenoAge, Horvath, GrimAge un DunedinPACE novērtē DNS metilēšanas modeļus konkrētās CpG vietās visā genomā [3, 12, 17]. Pirmās paaudzes pulksteņi bioloģisko vecumu novērtē statiski, savukārt trešās paaudzes algoritmi, piemēram, DunedinPACE, novērtē reāllaika bioloģiskās novecošanās tempu, pamatojoties uz orgānu sistēmu garenvirziena trajektorijām [12, 15].

Tā kā cirkulējošie iekaisuma un glikēmijas regulācijas marķieri strauji reaģē uz metabolo stresu, asins bioķīmijas algoritmi atspoguļo fizioloģiskās adaptācijas dažu dienu līdz dažu nedēļu laikā [12, 20]. Turpretī epiģenētiskās izmaiņas uzkrājas un stabilizējas vairāku mēnešu gaitā [11, 12].

Treniņu veidu salīdzinājums

Liela mēroga populācijas dati apliecina skaidru aizsargājošu saikni starp regulārām fiziskajām aktivitātēm un bioloģisko novecošanos [9, 16, 23]. NHANES datos par 3719 pieaugušajiem regulāras fiziskās aktivitātes bija saistītas ar par 8,36 gadiem zemāku PhenoAge un ievērojami samazinātu fenotipiskā vecuma paātrināšanos salīdzinājumā ar mazkustīgu dzīvesveidu [9]. Līdzīgi Veselības un pensionēšanās pētījuma (Health and Retirement Study) kohortā, kurā piedalījās 3873 gados vecāki pieaugušie, aktīvajiem dalībniekiem tika novērots mazāks epiģenētiskā vecuma pieauguma paātrinājums pēc DNAm PhenoAge (-1,70 gadi), GrimAge (-1,26 gadi) un DunedinPACE (-0,05 tempa vienības), turklāt ilgstoša aktivitāšu uzkrāšanās 12 gadu laikā uzrādīja visspēcīgāko aizsargājošo saikni [23]. Sistemātiskais pārskats par 44 pētījumiem arī apstiprināja, ka lielāka fiziskā aktivitāte (MET-min/nedēļā) ir saistīta ar lēnāku GrimAge un Horvath vecuma paātrināšanos, lai gan saistība ar PhenoAge epiģenētisko paātrināšanos šajā konkrētajā metaanalīzē nebija statistiski nozīmīga [16].

Izolējot atsevišķus treniņu veidus randomizētos pētījumos, asins algoritmos novērojamas atšķirīgas tendences:

• Tikai aerobie treniņi: Aerobie treniņi tiešā veidā uzlabo kardiorespiratoro sagatavotību (VO2 max), kas ir cieši saistīta ar mirstības riska samazināšanos [3, 27]. Tomēr izolēti aerobie treniņi randomizētos pētījumos ne vienmēr nodrošina ievērojamu bioloģiskā vecuma samazināšanos visaptverošos paneļos. Piemēram, EPICC pētījumā ar sievietēm pēcmenopauzes posmā, kuras pārcietušas krūts vēzi, 6 mēnešus ilgas strukturētas aerobās nodarbības visā intervences kohortā nespēja būtiski samazināt PhenoAge, GrimAge vai BrainAge salīdzinājumā ar standarta aprūpi [24].
• Tikai spēka treniņi: Spēka treniņi tieši saglabā skeleta muskuļu masu un muskuļu spēku. Piemēram, rokas satvēriena spēks prognozē kardiovaskulāro un visu cēloņu mirstību neatkarīgi no asinsspiediena; spēka samazināšanās par 5 kg ir saistīta ar mirstības riska pieaugumu par 16% [3, 27]. Spēka treniņiem ir būtiska loma cīņā pret fizisko trauslumu (frailty), kā tas tika pierādīts pētījumos, kuros vienkāršas spēka vingrinājumu programmas mājās (SHEP; 3x30 min/nedēļā) apvienojumā ar uztura bagātinātājiem samazināja pre-trausluma stāvokli par 39% [14].
• Kombinēti aerobie un spēka protokoli: Kombinētie protokoli sniedz daudzsistēmu ieguvumus iekaisuma, metabolisma un fiziskās funkcijas rādītājos [4]. Metaanalīžu apakšgrupu analīzes liecina, ka aerobo un spēka treniņu apvienošana nodrošina labākus rezultātus, ja to turpina no 9 līdz 24 nedēļām ar biežumu 3 līdz 4 reizes nedēļā (kopumā pārsniedzot 180 minūtes nedēļā), jo īpaši pusmūža un vecāka gadagājuma kohortās [4].

Kombinēto dzīvesveida intervenciiju nozīme

Fizisko aktivitāšu intervences, kurās treniņi tiek apvienoti ar uztura korekcijām, uz asins analīzēm balstītajos bioloģiskā vecuma modeļos rada ievērojami lielākus uzlabojumus nekā treniņi atsevišķi [22].

Vienu gadu ilgā randomizētā kontrolētā pētījumā, kurā piedalījās 107 gados vecāki pieaugušie ar aptaukošanos, tikai uztura maiņa un uztura maiņa apvienojumā ar treniņiem samazināja KDM bioloģisko vecumu attiecīgi par 2,4 un 2,2 gadiem [22]. Turpretī fiziskās aktivitātes vienas pašas izraisīja statistiski nenozīmīgu samazinājumu par 0,2 gadiem, kas bija līdzīgi kontroles grupai [22]. Tomēr uztura un treniņu kombinācija sasniedza vislielāko samazinājumu Homeostatiskās disregulācijas (-1,1) un Veselīgas novecošanās indeksa (Health Aging Index) rādītājos (-1,1), pārspējot katru no šīm pieejām atsevišķi [22]. Līdzīgi arī multimodālas intervences, kas 12 nedēļu laikā apvienoja vingrojumus, uztura vadlīnijas un mērķtiecīgu zarnu mikrobioma atbalstu, panāca DunedinPACE palēnināšanos par 2,2% līdztekus būtiskiem ar nieru darbību saistīto epiģenētisko marķieru (DNAmCystatinC) uzlabojumiem [15].

Laika periods, kas nepieciešams vērā ņemamām biomarķieru izmaiņām

Uzticamu izmaiņu novērošana bioloģiskā vecuma rādītājos ir pilnībā atkarīga no izvēlētās testēšanas metodes [12]:

• 4 līdz 12 nedēļas (ikdienas asins analīžu paneļi): Klīniskie marķieri, kas iekļauti PhenoAge un standarta ilgmūžības paneļos — tostarp augstas jutības CRO (mērķis < 0,5 mg/l), glikoze tukšā dūšā, albumīns (4,5–5,0 g/dl) un limfocītu procentuālais daudzums (> 28%) —, būtiski mainās 8 līdz 12 nedēļu laikā pēc strukturētu treniņu un dzīvesveida korekciju uzsākšanas [12, 20]. Mērķtiecīgas dzīvesveida programmas ir demonstrējušas bioloģiskā vecuma samazināšanos par 1 līdz 5 gadiem 8 nedēļu periodā [3, 11, 20].
• 12 nedēļas līdz 6 mēneši (novecošanās tempa pulksteņi): Dinamiskie epiģenētiskie algoritmi, piemēram, DunedinPACE, var reģistrēt izmērāmu bioloģiskās novecošanās tempa palēnināšanos 12 nedēļu laikā pēc multimodālas intervences uzsākšanas [15, 20].
• 6 līdz 12 mēneši (statiskie DNS metilēšanas pulksteņi): Epiģenētiskajiem pulksteņiem, piemēram, GrimAge un DNAm PhenoAge, nepieciešami ilgāki intervences periodi [12, 20]. Tā kā DNS metilēšanas testēšanas platformām (piemēram, Illumina EPIC mikroshēmai) atkārtotu mērījumu mainīgums vidēji ir 3 gadi, ir nepieciešams vismaz 6 līdz 12 mēnešu atkārtotas testēšanas intervāls uz konsekventām analīžu platformām, lai nošķirtu patiesas bioloģiskās izmaiņas no analītiskā trokšņa [11].