Три десятка лет типично американского образа жизни немилосердно обошлись с добровольцами: каждый набрал более 20 кг, давление у всех повысилось, сердце ослабело, общее физическое состояние и здоровье по целому ряду показателей ухудшились. Но все согласились, чтобы их изучали, пока они будут устранять последствия тридцатилетнего малоподвижного образа жизни, следуя предложенной исследователями полугодовой программе, которая предполагала ходьбу, езду на велосипеде и бег трусцой. К счастью, второе пришествие физкультуры в их жизни на старости лет помогло им сбросить примерно по 4,5 кг, а что самое поразительное, во многом повернуло вспять прогрессировавшее у всех пятерых ухудшение функционального состояния сердечно-сосудистой системы. Через шесть месяцев умеренных тренировок кровяное давление, частота сердцебиения в покое и минутный объем кровообращения у добровольцев в среднем вернулись к уровням, которые отмечались у них в двадцатилетнем возрасте[592]. Многие другие исследования подтверждают, что физкультура оказывает омолаживающее действие[593]. Но причины этого объясняют очень немногие.
Самое распространенное объяснение, почему физкультура замедляет, а иногда поворачивает вспять постепенное сползание к нездоровью, в том, что физическая активность предотвращает или сглаживает все плохое, что ускоряет старение. На первом месте здесь ожирение. Упражнения не дают организму откладывать жировые запасы, а иногда позволяют согнать их, особенно брюшной жир, первую и главную причину воспалений и других неполадок со здоровьем. Кроме того, благодаря физическим упражнениям в кровотоке снижается содержание сахара, жиров и «плохого» холестерина. Именно последний медленно, но верно способствует затвердению сосудов (атеросклерозу), повреждению белков и прочим неприятностям, которые нарушают работу организма. И как показывают исследования вроде далласского эксперимента «Постельный режим — спортивные тренировки», нагрузки улучшают сердечно-сосудистую функцию, снижают уровень гормонов стресса, взбадривают обмен веществ, укрепляют кости и дают прочие благотворные результаты. Но целительные эффекты физкультуры — ответ скорее на вопрос, как физическая активность противостоит старению, а не на вопрос почему. Чтобы понять, почему физическая активность стимулирует десятки процессов, которые поддерживают нормальное функционирование организма и устраняют некоторые накапливающиеся с возрастом повреждения, изучим важный вопрос, который я назвал гипотезой дорогостоящего ремонта.
Для начала проследим, какие изменения произошли с моей женой (с ее разрешения и с помощью рис. 27), когда она включила в расписание своего обычного субботнего дня интенсивные физические тренировки. На рис. 27 ось x — время суток в часах, с шести утра до десяти вечера; ось y — потраченные моей женой калории. Общий расход энергии (total energy expenditure, TEE) я разделил на количество килокалорий, которые расходуются в процессе обмена веществ в покое (resting metabolism, RMR), и килокалории, расходуемые в процессе физической активности, — активный расход энергии (active energy expenditure, AEE). Как видите, первые несколько часов субботнего дня жена либо сидела, либо выполняла легкую работу по дому (легкая физическая активность). В десять утра она пошла в спортзал и потратила 45 минут на энергичную кардиотренировку, после чего столько же с полным напряжением выполняла силовые упражнения (с отягощениями). Неудивительно, что активный расход энергии у моей жены здорово подскочил, пока она полтора часа занималась в спортзале; после тренировки она ощущала усталость и небольшую болезненность в мышцах. Но что самое важное, после тренировки ее обмен веществ в покое (RMR) не сразу вернулся к прежнему уровню, а, напротив, еще сколько-то часов был слегка повышен. В науке это называют избыточным посттренировочным потреблением кислорода (EPOC), а неформально — дожиганием.
Рис. 27. Гипотеза дороговизны. Представлены общий расход энергии (TEE), обмен веществ в состоянии покоя (RMR) и активный расход энергии (AEE) в течение дня, что показывает, как меняется расходование энергии до, во время и после активной физической тренировки. До занятий отмечается низкий уровень AEE, во время тренировки он повышается, а затем снова падает. Однако RMR может оставаться повышенным в течение нескольких часов после тренировки, пока организм восстанавливается, пополняет запас энергии и устраняет повреждения
Дожигание позволяет понять, как и почему физическая активность может замедлять процесс старения. Важно отметить, что спортивная тренировка не только стоила моей жене большого расхода калорий, но и вызвала физиологический стресс. Пока жена напрягалась, выполняя кардио- и силовые упражнения, система «бей или беги» в ее организме выбрасывала в кровь кортизол, адреналин и другие гормоны стресса, чтобы ускорить работу ее сердца и мобилизовать энергетические ресурсы. Ее мышцы быстро потребляли калории, вырабатывая вредные отходы, нарушавшие функцию клеток ее организма, а ее митохондрии при этом ломились от избытка активных форм кислорода, которые повреждали ДНК и другие молекулы по всему организму. В довершение бед из-за интенсивной работы мышц при выполнении упражнений с сильными отягощениями в мышечных тканях возникали микронадрывы. В общем, помимо дискомфорта, усердная тренировка еще и причинила моей жене кратковременный физический ущерб.
Но если упражнения действуют так разрушительно, то в чем их польза для здоровья? Одно из объяснений в том, что в ответ на интенсивную тренировку организм моей жены принялся энергично устранять причиненный физической нагрузкой вред и, что важнее всего, по ходу ремонта ликвидировал и повреждения, которые успели накопиться в прошлом, до физической нагрузки. В итоге многие ткани в ее организме восстановились до прежней формы. Наряду с прочими ремонтно-восстановительными реакциями, ее система «отдыхай и переваривай» замедлила сердцебиение, снизила уровни кортизола, а также отослала неизрасходованную порцию энергии обратно в мышечные и жировые клетки, пополнив ее энергетический запас. Для починки поврежденных при тренировке тканей организм жены запустил начальный воспалительный ответ с последующим противовоспалительным ответом. Кроме того, для дезактивации свободных радикалов, образовавшихся как побочный продукт интенсивной работы митохондрий, организм в изобилии производил мощные антиоксиданты. Кроме того, организм жены включил еще массу других процессов, чтобы транспортировать из клеток вредные отходы, исправить мутации в ДНК, поврежденные белки и нежелательные эпигенетические модификации, заживить микротрещины в костях, заменить поврежденные и добавить новые митохондрии и проделать прочие полезные трюки[594]. Хотя эти ремонтно-восстановительные процессы энергетически не так затратны, как физические тренировки, они тоже требуют калорий, из-за чего темп метаболизма моей жены в состоянии покоя некоторое время оставался слегка повышенным. Исследования показывают, что дожигание может длиться у человека от двух часов до двух суток в зависимости от продолжительности и интенсивности физической активности[595].
Физические упражнения восстанавливают нормальное состояние большинства структур организма (в биологии это называется гомеостазом), а иногда даже могут улучшить его общее состояние. Напряженная физическая активность, например, способна укреплять кости и мышцы, повышать умение клеток усваивать глюкозу из крови, а также исправлять и заменять митохондрии в мышцах. К тому же иногда восстановительные механизмы действуют избыточно в сравнении с нанесенным физическими упражнениями ущербом, что дает организму чистую пользу. Это как если, замывая пятно, заодно отмываешь до блеска весь пол на кухне. Есть и другие эффекты: когда физическая активность первоначально инициирует воспаление, особенно в мышцах, впоследствии она побуждает мышцы дать еще более сильный, продолжительный и широкий противовоспалительный ответ, а его долгосрочный эффект снижает воспаление не только в задетых им мышцах, но и по всему организму[596]. В результате у физически активных людей чаще всего отмечаются более низкие исходные уровни воспалений. Кроме того, физические упражнения стимулируют организм вырабатывать больше антиоксидантов, чем требуется, что снижает общий уровень окислительного стресса[597]. Они заставляют клетки активно избавляться от поврежденных белков, удлинять теломеры, починять ДНК и прочее. В целом умеренные физиологические стрессы от упражнений запускают репаративный ответ организма, который дает общую пользу организму. Этот феномен еще иногда называют гормезисом[598].
Если вы предприимчивы, не любите физкультуру или и то и другое, вас не может не осенить блестящая идея. Чем ломаться в спортзале и терпеть прочие мучения, не лучше ли найти более простой и не требующий усилий способ обеспечить себе все преимущества репаративных процессов организма?[599] Почему бы просто не принять пилюлю? Я, например, могу повысить уровень антиоксидантов в своем организме, ни разу не вспотев: пойду в аптеку и накуплю витаминов С и Е, а также бета-каротина или капсул, начиненных куркумой, жирными кислотами омега-3 и полифенолами с противовоспалительным действием. Эти и другие эликсиры здоровья и молодости продвигают на рынке нередко с благословения врачей и ученых. Лауреат двух Нобелевских премий, в том числе одной по химии, Лайнус Полинг написал книгу с непритязательным названием «Как прожить дольше и чувствовать себя лучше» (How to Live Longer and Feel Better), где утверждал, что огромными дозами витамина С можно продлить себе жизнь лет на двадцать или тридцать