Секрет более легких физических упражнений во взрослом возрасте может начаться в детстве

Количество энергии, необходимой организму для движения во взрослом возрасте, может быть связано с уровнем физической активности в детстве. Новое исследование ученых из Пенсильванского государственного университета показывает, что физическая активность в раннем возрасте может иметь долгосрочное влияние на эффективность движений. Используя птиц как модель, ученые получили первые прямые доказательства того, что опыт, полученный в процессе развития, может изменить количество энергии, затраченное животными при движении во взрослом возрасте.

По словам Йонаса Рубенсона, профессора кинезиологии в Пенсильванском государственном университете, способность двигаться эффективно может играть важную роль в эволюции животных. Животные, которые тратят меньше энергии на передвижение, могут иметь больше ресурсов для важных деятельности, таких как поиск пищи, охота и размножение. Результаты исследования, опубликованные в Proceedings of the Royal Society B, Biological Sciences, предполагают, что энергетические требования движения более адаптивны, чем считали ученые.

Для исследования ученые прикрепили небольшие грузы к одной ноге молодых цесарок, птиц, которые тесно связаны с курами и ходят на двух ногах как люди. Они хотели определить, изменится ли эффективность движения птиц по мере взросления, если они будут носить дополнительный вес.

Результаты выявили поразительное различие. Птицы, которые выросли, нося грузы, могли ходить с дополнительной нагрузкой, не расходуя дополнительную энергию. Для сравнения, птицы, выросшие без грузов, требовали на 23% больше энергии, когда такой же груз прикреплялся к их ногам.

"Это исследование показало, как нагружение конечностей -- применение механического стресса на руки или ноги, обычно через грузы или упражнения -- во время развития может помочь животному экономить энергию при движении на протяжении всей жизни", - сказал Рубенсон, старший автор исследования. "Это одно из первых исследований, которое показывает, что поведение животных и их окружение в молодости могут влиять на то, насколько утомительным является движение во взрослом возрасте."

Хотя эксперимент проводился на птицах, результаты вызывают важные вопросы о физической активности человека. Одна широко признанная научная гипотеза предполагает, что люди склонны избегать движения, когда оно кажется физически требовательным или требует значительной энергии.

Если ранняя активность влияет на эффективность движения у людей так же, как у этих птиц, люди, которые были менее активны в детстве, могут потребовать больше энергии для выполнения одних и тех же движений во взрослом возрасте. Эта дополнительная усталость может заставить их избегать упражнений, потенциально укрепляя паттерн неактивности.

Рубенсон считает, что открытие может иметь широкие последствия для общественного здравоохранения, особенно поскольку современные дети, как правило, менее физически активны, чем дети предыдущих поколений.

"В целом, дети в США сегодня намного менее активны, чем предыдущие поколения", - сказал Рубенсон. "Это исследование предполагает, что больше упражнений через игру и физическую активность в детстве может облегчить людям оставаться или становиться более активными во взрослом возрасте. Если люди не должны тратить столько энергии на движение во взрослом возрасте, то упражнения -- и все их преимущества для здоровья -- будут более доступны для них. Это может иметь последствия для многих аспектов благополучия нашей страны, от здоровья сердца до психического здоровья."

Эксперимент проводился с 12 цесарками в возрасте от двух недель до 16 недель, когда птицы приближались к своему полному взрослому размеру.

Половина птиц носила свинцовые полосы на одной ноге, каждая полоса весила 4% от массы тела птицы. Оставшиеся шесть птиц развивались без дополнительного веса. Помимо этого различия, все 12 животных испытывали одинаковые условия жизни и режим упражнений.

В возрасте девяти недель исследователи начали тренировать птиц ходить по беговой дорожке.

В возрасте 16 недель команда оценила их расход энергии, используя проточную метаболическую камеру, прикрепленную к беговой дорожке. Это оборудование измеряло кислород, потребляемый каждой птицей, а также выделяемый ею углекислый газ и водяной пар. По словам исследователей, этот подход считается золотым стандартом для определения количества энергии, которую животное использует при определенной деятельности.

Каждую птицу тестировали при трех условиях: неподвижное стояние, ходьба по беговой дорожке без дополнительного веса и ходьба с надетой на одну ногу полосой грузов. Сравнивая потребление кислорода и производство углекислого газа в этих условиях, ученые могли определить, как дополнительный груз повлиял на расход энергии.

Исследователи не обнаружили различий в расходе энергии, когда птицы стояли неподвижно. Однако их ответы значительно изменились, как только они начали ходить с грузами.

Птицы, которые не носили грузы в период роста, испытали 23% увеличение расходов энергии при ходьбе с дополнительной нагрузкой по сравнению с ходьбой без нее.

Птицы, которые носили грузы на протяжении всего развития, показали заметно другой ответ. Их организмы адаптировались так эффективно, что ходьба с дополнительной нагрузкой требовала немного меньше энергии, чем ходьба без нее. Этот неожиданный результат удивил исследовательскую команду.

"Птицы стали настолько эффективны, что не использовали больше энергии для переноски груза, чем им требовалось для ходьбы без груза", - сказал Рубенсон.

Еще один неожиданный результат появился, когда исследователи сравнили две группы. В среднем птицы, привыкшие носить грузы в течение развития, не использовали больше энергии при ходьбе с полосами, чем обычные птицы использовали при ходьбе без дополнительного веса.

Вместе эти наблюдения предполагают, что опыт ранней жизни может существенно влиять на то, насколько эффективно животные движутся во взрослом возрасте.

"Это показывает, что животные -- и это, вероятно, включает людей -- могут становиться более эффективными в зависимости от своего жизненного опыта. Поэтому, когда люди регулярно занимаются спортом на протяжении детства и подростковости, это может развить нашу способность к физическим упражнениям на протяжении всей жизни."

Результаты предоставляют новые доказательства того, что физическая активность во время развития может иметь долгосрочное влияние на энергию, необходимую для движения. Остается установить, происходят ли те же адаптации у людей, но исследование предполагает потенциальный механизм, через который детские упражнения могут помочь поддерживать физическую активность позже в жизни.

Стивен Пиаца, профессор кинезиологии в Пенсильванском государственном университете, также участвовал в исследовании вместе с несколькими нынешними и бывшими аспирантами, работающими с Пиаца и Рубенсоном.

Соавторами исследования были Талайя Джонсон и Кавья Катугам-Дешен. Джонсон получила степень магистра в Пенсильванском государственном университете и в настоящее время получает докторскую степень в Пенсильванском университете. Катугам-Дешен получила докторскую степень в Пенсильванском государственном университете и в настоящее время работает научным помощником профессора биомедицинской и реабилитационной инженерии в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилле.

Другие участники включали Йена Дешена, который работал научным сотрудником на проекте и в настоящее время является инженером-программистом, и Роберто Кастро, докторанта Пенсильванского государственного университета, совместно руководимого Пиаца и Рубенсоном.

Финансирование было предоставлено Национальным институтом артрита, болезней костей и кожи, входящим в состав Национальных институтов здравоохранения, посредством грантов R21AR071588 и R01AR080711. Исследователи несут полную ответственность за содержание исследования, которое не обязательно отражает официальные позиции Национальных институтов здравоохранения.