根据一项雄心勃勃的关于运动时间的新动物研究,晨练对新陈代谢的影响与当天晚些时候的相同锻炼截然不同。该研究涉及在小型跑步机上慢跑的健康实验室小鼠,绘制了啮齿动物体内分子和基因数量和活动的数百个差异,具体取决于它们是早上第一件事还是晚上跑得更深。
其中许多变化与脂肪燃烧和动物新陈代谢的其他方面有关。随着时间的推移,这些变化可能会极大地影响他们的疾病风险和福祉。尽管这项研究以啮齿动物为对象,但它的发现可能与我们中的任何人相关,这些人想知道在工作前锻炼是否更好,或者我们是否可以从下班后锻炼中获得同样多或更多的健康益处。
任何有身体的人都知道,我们的内部运作以及几乎所有生物的内部运作都遵循精心安排且普遍存在的 24 小时昼夜节律。最近对动物和人类的研究表明,我们体内的几乎每个细胞都包含一个分子钟,它与更广泛的全身计时系统协调,以指导大多数生物操作。
多亏了这些内部时钟,我们的体温、血糖、血压、饥饿、心率、激素水平、嗜睡、细胞分裂、能量消耗和许多其他过程在一天中以重复的模式激增和减慢。
这些内部节奏虽然是可预测的,但也是可塑的。研究表明,我们的内部时钟可以根据来自我们内部和外部的复杂线索重新校准自己。特别是,它们对光和暗有反应,但同样受到我们的睡眠习惯和我们进食的影响。
最近的研究表明,我们锻炼的时间也会调整我们的内部时钟。在过去对小鼠的研究中,在不同时间跑步会影响动物全天的体温、心脏功能和能量消耗,并改变与昼夜节律和衰老相关的基因的活性。
然而,人们的结果并不一致。例如,在2019 年一项针对参加锻炼计划以减轻体重的男性的小型研究中,尽管每个人都完成了相同的锻炼程序,但早上锻炼的人比当天晚些时候锻炼的人减掉了更多的体重。
但在2020 年的一项研究中,每周开始锻炼 3 次的 2 型糖尿病高危男性如果在下午锻炼,其胰岛素敏感性和血糖控制能力将优于早上锻炼。这些结果与 2019 年的类似发现相呼应,其中患有 2 型糖尿病的男性在早上第一件事就是剧烈运动后,他们的血糖水平在运动后出现了意想不到的不受欢迎的峰值,而下午同样的锻炼改善了他们的血糖控制。
然而,这些研究中很少有深入到表面之下去研究驱动健康和昼夜节律结果的分子变化,这可能有助于解释一项研究与另一项研究之间的一些差异。那些确实在微观水平上检查运动影响的实验,通常是在老鼠身上,往往集中在一个组织上,比如血液或肌肉。但研究身体活动、新陈代谢和时间生物学的科学家怀疑,运动时间的影响会延伸到身体的许多其他部位,并涉及多个细胞和器官之间错综复杂的相互作用。
因此,对于本月作为封面文章发表在 Cell Metabolism 上的这项新研究,一个国际研究人员联盟决定尝试量化几乎所有与一天中不同时间运动过程中发生的新陈代谢相关的分子变化。使用健康的雄性老鼠,他们在一天早些时候在轮子上适度慢跑了一个小时,而其他人在晚上跑了同样的时间。另外一组老鼠在同一时间坐在锁定的轮子上一个小时,并作为久坐的对照组。
锻炼后大约一个小时开始,研究人员从每只动物的肌肉、肝脏、心脏、下丘脑、白色脂肪、棕色脂肪和血液中重复采集样本,并使用复杂的机器来识别和枚举这些组织中与能量使用相关的几乎每一个分子。
他们还检查了与新陈代谢相关的基因的活动标记。然后他们将组织之间和小鼠组之间的总数制成表格。
有趣的模式出现了。由于老鼠是夜间活动的,它们在晚上醒来并变得活跃,并准备在早上睡觉,这与我们的时间表相反(除非我们是吸血鬼或青少年)。当老鼠在活动开始时慢跑时——对我们来说相当于早上——研究人员计算了数百个在运动后数量增加或减少的分子,这与在接近睡觉时间或不运动的老鼠身上看到的水平不同一点也不。
此外,其中一些变化几乎相同地发生在身体的不同部位,这向研究人员表明,各种器官和组织实际上是相互交流的。例如,啮齿动物的肌肉和肝脏在早上跑步时有许多分子变化,但在睡觉前快跑时则较少。
瑞典斯德哥尔摩卡罗林斯卡研究所的临床综合生理学教授、研究中心执行主任 Juleen Zierath 说,看到运动时间对动物体内如此多分子的水平和活动产生了如此广泛的影响,“这非常了不起”。哥本哈根大学诺和诺德基金会基础代谢研究中心负责监督这项新研究。
总体而言,早晨锻炼(以老鼠的说法)和晚锻炼之间的分子特征差异往往表明早期锻炼更依赖脂肪而不是血糖。当老鼠在晚上奔跑时,情况正好相反。如果这些模式在人们身上成立,则可能表明晨练有助于减少脂肪,而晚间锻炼可能更有助于控制血糖。
但是老鼠不是人,我们还不知道分子模式是否适用于我们。Zierath 博士说,该研究的研究人员正在开展一项涉及人的类似实验。
这项研究的范围也很有限,只对雄性小鼠进行了一次中等强度的有氧运动。它没有显示早上或晚上的其他类型的运动如何影响老鼠或人的内部运作。它也没有告诉我们我们吃什么或一天中的什么时间,以及时间型——我们倾向于早上还是晚上——是否会影响这些影响,或者作为女性是否重要。
但即使有其局限性,“这是一项非常重要的研究,”明尼苏达大学医学和内分泌学教授 Lisa Chow 博士说,她没有参与这项研究。它强调了一天中任何时候锻炼的效力。
它还表明,随着更多研究建立在这一结果的基础上,我们可能会更好地安排锻炼时间以实现特定的健康目标。例如,后续研究可能会告诉我们,晚上骑自行车或跑步是否比早上快走或游泳更有效地预防糖尿病。
但就目前而言,周博士说,“人们锻炼的最佳时间是只要他们有机会锻炼。”