Kuva: ANTERO AALTONEN 22 LIIKUNTA & TIEDE 52 1 / 2015

Transkriptio

1 22 LIIKUNTA & TIEDE 52 1 / 2015 Kuva: ANTERO AALTONEN

2 Teksti: JUHA HULMI, RIIKKA KIVELÄ Liikunnan hyödyt ilman liikuntaa? Liikunta lisää ja suojaa terveyttä laajalla rintamalla ja monia reittejä pitkin. Siksi sen kaikkia hyötyjä on tulevaisuudessakin epätodennäköistä saavuttaa muuten kuin liikkumalla. Geeniterapian, hormonien ja muiden lääkinnällisten keinojen avulla voidaan kuitenkin jo tuottaa yksittäisiä vaikutuksia. Liikunnan vaikutusmekanismien tunnistaminen antaa mahdollisuuden löytää uusia hoito- ja ehkäisykeinoja moniin sairauksiin. Mikäli liikuntapillerillä voisi korvata edes osan liikunnan hyödyistä, sillä olisi suuri merkitys heille, jotka eivät jostain syystä pysty liikkumaan. Liikunnalla on monenlaisia fyysisiä, psyykkisiä ja sosiaalisia vaikutuksia. Liikuntasuoritus aiheuttaa lähes koko kehon tasolla isoja muutoksia kudoksissa, soluissa ja verenkierrossa ja näiden muutosten avulla keho yrittää palautua takaisin elimistön tasapainotilaan. Samalla käytetään suuri määrä energiaa. Lopulta seuraa adaptaatio, jonka ansiosta ihmiskeho sopeutuu vaativampiin suorituksiin (Hawley ym. 2014, Heinonen ym. 2014). Laadukkaan tutkimustiedon ansiosta monia liikunnan vaikutusmekanismeja pystytään tänä päi vänä ymmärtämään yhä paremmin. Avoimia kysymyksiä on kuitenkin edelleen paljon, sillä liikunta vaikuttaa lähes kaikkiin elimistön kudoksiin ja soluihin ja liikunnan yksittäiset vaikutusmekanismit liittyvät toisiinsa monin eri tavoin. Liikunnan mekanismien ymmärtämisessä aiheuttaa haasteita myös se, että liikunnan vasteet ovat yksilöllisempiä kuin on aiemmin ymmärretty. Lisäksi liikunta on on erittäin laaja käsite eikä yhden tutkimuksen tuloksia voi vielä yleistää. Melko tasaisin väliajoin mediassa kohistaan ja innostutaan liikuntapilleristä (eng. exercise pill / exercise mimetic). Käytännössä tämä tarkoittaisi sitä, että sohvaperunat voisivat jäädä sohvalle ja harrastaa liikuntaa syömällä tai muulla tavoin nauttimalla vain pillerin. Ideana on siis saada liikunnan hyödyt ilman liikuntaa. Mutta voiko tämä olla tulevaisuudessa mahdollista? Pohdimme kysymystä tässä artikkelissa viimeaikaisiin tutkimustuloksiin perustuen. Pillerillä tarkoitamme tässä kaikkia lääkinnällisiä keinoja erilaisista pillerimuotoisista annosteluista geeniterapiaan. Liikuntaa mallintavan pillerin kehittämisen mahdollisuus on haastava. Liikuntaa kun ei voida ajatella vain yhden molekyylin tai edes kudoksen biologiana. Tähän ajatukseen palaamme seuraavissa kappaleissa. Miksi liikuntapilleri kiinnostaa? Liikunnan hyödylliset vaikutukset on tunnettu jo antiikin ajoista lähtien. Kreikkalaiset filosofit Platon ja Hippokrates puhuivat paljon liikunnan tärkeydestä ja hyödyistä. Heidän mukaansa liikunta oli terveyden edistämisen lisäksi myös sielua puhdistavaa Tunnistamalla liikunnan vaikutusmekanismit on mahdollista kehittää tarkempia yksilöllisiä liikuntasuosituksia. LIIKUNTA & TIEDE 52 1 /

3 ja nuorentavaa ja Hippokrateen mukaan kävely oli parasta lääkettä ihmiselle. Yksi sopivimmista sitaateista koskien myös tämän päivän yhteiskuntaan on lausuttu jo lähes 150 vuotta sitten, kun Derbyn Jaarli Edward Stanley totesi puheessaan (The Conduct of Life, Liverpool College, 20 Joulukuuta 1873) seuraavaa: Those who think they have not time for bodily exercise will sooner or later have to find time for illness. Miksi liikunta on meille tärkeää? Elämäntapamme on viimeisen parinsadan vuoden aikana muuttunut dramaattisesti, mutta geeniperimämme ei tänä aikana ole ehtinyt juurikaan muuttua. Elimistömme on rakennettu toimimaan optimaalisesti ympäristössä, jossa elannon saaminen vaati fyysistä aktiivisuutta, ja vain riittävän hyväkuntoiset elivät pitkään ja kykenivät huolehtimaan jälkeläisistään. Nykyään tilanne on toinen, mikä on tuonut sivuvaikutuksena liikkumattomuuteen liittyvien sairauksien valtavan lisääntymisen. WHO listaakin liikkumattomuuden jo yhdeksi suurimmista terveysuhkista, kun kyse on muista kuin tarttuvista taudeista. On tärkeää muistaa, että tässä ei ole kyse ainoastaan fyysisen kunnon kehittämiseen tähtäävästä liikunnasta vaan kaikesta fyysisestä aktiivisuudesta, jota päivän aikana harjoitamme. Ratkaisu ongelmaan olisi tietysti se, että kaikki saataisiin liikkumaan. Nyky-yhteiskunnassa on kuitenkin helppoa pysyä inaktiivisena, jos niin haluaa. Usein se tapahtuu täysin tiedostamatta. Mikäli pillerillä pystyttäisiin korvaamaan edes osa liikunnan hyödyistä, sillä olisi suuri merkitys niille ihmisille, jotka eivät jostain syystä pysty liikkumaan puhumattakaan hyödyistä kansantaloudelle, jota elintasosairaudet kiihtyvällä tahdilla yhä enemmän kuormittavat. Mikä liikuntapilleri on? Liikuntapilleriksi kutsutaan useimmiten joko pienimolekyylisiä yhdisteitä, joilla on osoitettu olevan liikunnan kaltaisia vaikutuksia, tai geeniterapiaa, jossa tietty geeni tai geenit voidaan aktivoida halutuissa kudoksissa. Lisäksi liikuntapilleri voi tarkoittaa perinteisiä, kehos sa luonnollisesti olevia hormoneja tai hormonin kaltaisia aineita, monia luonnosta löytyneitä yhdisteitä sekä biologisia lääkkeitä eli soluissa tuotettuja yhdisteitä. Yleisimmin geneettisellä manipulaatiolla on eri tutkimuksissa saatu aikaan yksittäisiä liikunnan vaikutuksia tietyissä kudoksissa. Näistä mainittakoon esimerkiksi painonpudotus, lihasmassan kasvu, solu jen energiatehtaiden eli mitokondrioiden määrän lisääntyminen sekä erilaiset terveysvaikutukset. Yksi varhaisimmista liikuntapilleri-innostusta herättävistä aineista oli AICAR eli niin sanottu AMPKagonisti, joka mallintaa liikunnan aiheuttamaa väliaikaista energian puutetta ja siihen liittyvää stressitilaa lihaksissa. Sen raportoitiin lisäävän kestävyyttä hiirillä jopa yhtä paljon kuin kestävyysharjoittelun (Narkar ym. 2008). Yksi uusimmista puolestaan on ihmeproteiiniksi mainostettu irisiini. Irisiinin tuotannon määrää voidaan lisätä lihaksissa geeniterapian avulla ja tällä hetkellä myös injektoitavat irisiiniproteiinit ovat kehitteillä ja testattavana eläinkokeissa. Irisiinin geenin ilmentymisen havaittiin ensimmäisessä tutkimuksessa nousevan lihaksissa (FNDC5 lähetti- RNA) liikunnan vaikutuksesta. Proteiinin oletettiin siirtyvän lihassoluistaverenkiertoon ja kulkeutuvan rasvakudokseen, jossa se toimisi liikunnan välitysmolekyylinä ruskettaen valkoista rasvakudosta ja tuomalla sitä kautta positiivisia terveysvaikutuksia. Tutkimuksella oli sen verran kova uutuusarvo, että se julkaistiin huippulehti Naturessa (Boström ym. 2012). Liikuntaefektin yleinen välittyminen irisiinin kautta on kuitenkin tämän jälkeen kyseenalaistettu monien tutkimusryhmien toimesta (Timmons ym. 2012, Pekkala ym. 2013). Irisiini voi aiheuttaa liikunnan kaltaisia positiivisia vaikutuksia ja siksi tutkimukset ja kehitystyö sen ympärillä on edelleen tärkeää. On kuitenkin ennenaikaista kutsua sitä tai yllä mainittua AICARia liikuntapilleriksi saati yleiseksi liikunnan välitysmolekyyliksi. Voimaharjoittelupilleriksi on kutsuttu vastaavasti muun muassa monia myostatiinia estäviä aineita. Myostatiinin tai sen kaltaisten proteiinien puutetta tai poistoa on eläinkokeissa ja myös ihmisillä seurannut suuri lihasten kasvu (McPherron ym. 1997, Schuelke ym. 2014, Attie ym. 2013). Lihakset kyllä kasvavat myostatiinin estolla samoin kuin voima Onko geeniterapia uhka urheilulle? Tuskin vielä, mutta pelko ei ole täysin aiheetonta. Geeniterapian tutkijat ovat kertoneet urheilijoista ja valmentajista, jotka ovat lähestyneet tutkijoita heidän julkaistuaan tutkimuksia, joissa esimerkiksi hiirten aerobinen suorituskyky on parantunut tai lihasmassa lisääntynyt. 24 LIIKUNTA & TIEDE 52 1 / 2015

4 TAULUKKO 1. Liikunnan hyödyllisyydestä sai rauksien ehkäisyssä, hoidossa tai kuntoutuksessa on kohtuullinen tai hyvä tieteellinen näyttö seuraavien sairauksien kohdalla. (Taulukko on muokattu emeritusprofessori Ilkka Vuoren vuodelta 2009 olevan katsauksen ja Booth ym. (2012) artikkelin pohjalta.) Ahdistuneisuus Aivoinfarkti Astma Dementia ja Alzheimerin tauti Dyslipidemiat Ennenaikainen ikääntyminen ja kuolleisuus Erektio-ongelmat Fibromyalgia Fyysinen kunto (kestävyys, voima, tasapaino, liikkuvuus) Kaatumiset Katkokävely Kognitiiviset toiminnot Kohonnut verenpaine Kohtusyöpä Krooninen epäspesifinen selkäkipu Krooninen niska-hartiakipu Laihdutustuloksen säilyminen (painonhallinta) Lihavuuden aiheuttamat haitat aineenvaihduntaan ja toimintakykyyn Lihavuus / liikapaino Lonkkamurtumat Masennus Metabolinen oireyhtymä Nivelreuma Osteoporoosi Paksusuolen syöpä Polven (ja lonkan) nivelrikko Päivittäisistä toiminnoista suoriutuminen Raskauden aikainen diabetes ja raskausmyrkytys Rintasyöpä Sarkopenia (lihaskato) Sepelvaltimotauti Sydämen vajaatoiminta Tyypin 2 diabetes Ummetus harjoittelussa, mutta useita muita voimaharjoittelun hyödyllisiä efektejä sillä ei pystytä saamaan aikaan. Anabolisilla steroideillakaan ei saada kaikkia voimaharjoittelun etuja, vaikka steroideilla lihakset kasvavat jonkin verran jopa käymättä kertaakaan kuntosalilla (Bhasin ym. 1996). Steroidinkaltaisia selektiivisiä androgeenireseptorimodulaattoreita (SARM) tutkitaan ja kehitetäänkin aktiivisesti. Vaikka niistä tavoitellaan vähemmän sivuvaikutuksia omaavia kuin anaboliset steroidit, eivät nekään kelpaa liikuntapillereiksi, koska niidenkin vaikutukset ovat hyvin kapea-alaisia. Liikunnan vaikutusten vertaaminen liikuntapilleriin on saanut aiheellisesti paljon kritiikkiä (esim. Goodyear 2008, Hawley ym. 2014). Liikunnan vaikutukset ovat niin moninaiset, että yhtä vaikuttavaa monitehopilleriä ei voida todennäköisesti koskaan kehittää (ks. taulukko 1). Pelkästään liikunnan tai muun fyysisen aktiivisuuden vaikutus energiankulutukseen on jo niin suuri, ettei siihen lääkkeillä pystytä. Vaikka tällainen moniin kudoksiin useilla tavoilla vaikuttava pilleri kehitettäisiinkin, sen sivuvaikutukset todennäköisesti ylittäisivät sen hyödyt (Fiuza-Luces ym., 2013). Mihin liikuntapilleri tehoaisi, jos sellainen olisi? Liikuntapillerillä pitäisi olla ainakin suurin osa taulukossa 1 esitetyistä vaikutuksista terveyteen sekä lisäksi monia muita liikunnan fysiologisia ja psykologisia vaikutuksia. Kun ajatellaan liikuntaa ja sen vaikutuksia laajemmin kuin pelkästään fyysiseltä kannalta, niin millaisella pillerillä seuraavia vaikutuksia olisi mahdollista saada; yhdessäoloa muiden ihmisten kanssa, hikeä, kyyneleitä ja elämyksiä, ilmaisen ja ekologisen pääsyn paikasta a paikkaan b (esimerkiksi työmatkaliikunta), voittamisen ja häviämisen elämykset, oman kehittymisen seuraaminen ja saadut onnistumisen elämykset jne? Liikuntapillerin pimeä puoli geenidoping BBC otsikoi tammikuussa 2014: Gene doping: Sport s biggest battle?. Urheilupiireissä geenidopingis ta on puhuttu ja sitä on pelätty viimeisen kymmenen vuoden ajan. WADA lisäsi geenidopingin kiellettyjen menetelmien listalle jo vuonna Onko se todellinen uhka urheilulle? Tuskin vielä, mutta pelko ei ole täysin aiheetonta. Geeniterapian tutkijat ovat kertoneet urheilijoista ja valmentajista, jotka ovat lähestyneet tutkijoita heidän julkaistuaan tutkimuksia, joissa esimerkiksi hiirten aerobinen suorituskyky on parantunut tai lihasmassa lisääntynyt. Esimerkkinä mahdollisesta geenidopingista voisi olla vaikkapa erytropoietiini eli EPO, jota kestävyysurheilijat ovat viime vuosina käyttäneet dopingtarkoituksessa erilaisina synteettisinä yhdisteinä. Ne voidaan nykymenetelmin havaita dopingtestissä. Geenidopingissa elimistöön viedään ylimääräinen EPO-geeni, joka lisää elimistön omaa EPO-tuotantoa. LIIKUNTA & TIEDE 52 1 /

5 KUVA 1. Molekylaarisen liikuntafysiologisen tutkimuksen avulla voidaan mm. selvittää erilaisten liikuntamuotojen, liikunta-annostusten tai liikuntapillerin vaikutuksia esimerkiksi lihassolujen kokoon, verisuonitukseen ja lihassolujen tyyppiin. Vasemmassa kuvassa näkyvät mm. lihassolukalvot ja lihassyiden välissä olevat verisuonet. Oikeassa kuvassa kestävät (hitaat) lihassolut on värjätty vihreiksi. Kuvat: Riikka Kivelä ja Juha Hulmi. Tämän havaitseminen dopingtesteillä olisi vaikeaa, koska kyse ei ole synteettisesti valmistetusta yhdisteestä vaan oman kehon tuottamasta proteiinista. Geenidopingissa riskit ovat kuitenkin erittäin suuret, sillä geeniterapia hoitomuotona on vasta kehit teillä. EPOn osalta synteettisten yhdisteiden pistäminen voidaan lopettaa milloin tahansa, jos haittavaikutuksia ilmenee. Geenin kytkeminen pois päältä taas ei vielä nykykeinoin onnistukaan yhtä helposti. Geenidoping voi olla mahdollinen uhka puhtaalle urheilulle tulevaisuudessa. Me kirjoittajat olemme TAULUKKO 2. Liikunnan ja liikuntapillerin vertailu. + tarkoittaa hyötyä ja - mahdollista haittaa. Liikunta Pilleri Monipuolinen vaikutus + + / - Spesifi vaikutus + / - + Kliinisissä kokeissa osoitetut terveyshyödyt vs. haitat Käyttö hoitona äkillisessä katastrofitilanteessa + + / Hinta + - Ajankäyttö - + Helppous + - Saavutettavuus + - Turvallisuus + + / - Liikunnan ilo + - olleet tutkijoina mukana sairauksien hoitoon tähtäävissä varhaisen vaiheen geeniterapiatutkimuksissa. Näkemyksemme on, että geenidopingilla tuskin on kovinkaan suurta jos minkäänlaista roolia urheilussa toistaiseksi. Miksi liikuntapilleritutkimukset kuitenkin ovat tärkeitä? Liikunnan vaikutukset elimistöömme ovat pääasiassa positiivisia. Liikunnan aikaansaamien solu- ja mole kyylitason mekanismien tunnistamisen avulla on mahdollista löytää hoitokeinoja esimerkiksi aineen vaihdunta-, lihas- ja sydänsairauksiin sekä lihasten surkastumiseen. Liikuntapillerinä markkinoidut molekyylit ovat tulevaisuudessa odottamisen arvoinen asia muun muassa niille potilaille, jotka eivät syystä tai toisesta pysty harrastamaan liikuntaa liikuntavasteiden kannalta riittävän kuormittavasti. Tällaisia sairauksia on useita, yhtenä ryhmänä erilaiset lihasdystrofiat ja muut lihastaudit. Lisäksi joskus liikunnan kautta saavutetut vaikutukset ovat liian hitaita. Esimerkiksi lihaskadon estäjät olisivat ainakin teoriassa hyödyllisiä myös tietyissä akuuteissa tilanteissa, kuten tehohoidossa, jolloin lihasten koko voi laskea kriittisesti sairailla jopa 3 4 prosenttia päivässä (Helliwell ym. 1998). Sellaisessa tapauksessa optimaalisinkaan liikunta ja ravinto eivät yksinään auta, vaan avuksi tarvitaan järeämpiä arsenaaleja. Myös mitokondriosairauksista sekä erilaisista muista aineenvaihdunnan sairauksista kärsiville lihasten aerobisen kapasiteetin paraneminen voi tuoda parannusta elämänlaatuun ja jopa elinikään. Näille ihmisille liikuntapillereistä olisi todellista hyötyä. Tässäkin on kuitenkin kyse vai yksittäisten liikuntavaikutusten aikaansaamisesta. Suurin osa suomalaisista tuntee ainakin osan liikunnan hyödyistä. Kaikki eivät kuitenkaan liiku, vaikka siihen pystyisivätkin. Vielä kunnianhimoi 26 LIIKUNTA & TIEDE 52 1 / 2015

6 sempi ajatus voisi olla siirtää liikunnasta pitämisen geeni sellaiselle ihmiselle, jolle liikunta ei anna myönteisiä tuntemuksia. Kuten totesimme jo edellä, liikunnan vaikutusten entistä parempi ymmärtäminen myös liikuntapilleritutkimusten avulla on ehdottomasti tärkeää perustutkimusta, ja se mahdollistaa uusien terapeuttisten hoitojen kehittelyn liikunnan solu- ja molekyylitason mekanismien tuntemuksen avulla. Mekanismien ymmärtäminen lisää liikunnan uskottavuutta sairauksien ennaltaehkäisy- ja hoitomuotona. Tämä yksinkertaisesti siitä syystä, että terveysväitteet vaativat yleensä mekanismin ymmärryksen ennen kuin ne pääsevät kattavasti lääketieteellisen hoidon piiriin. Liikuntaa korvaavan pillerin kehittämisen ohella suosittelemme kuitenkin ensisijaisesti liikunnan terveysvaikutusten ja mekanismien, sekä annosvasteiden laajempaa tutkimista. Myös yksilöllisen liikuntavasteen tunnistaminen ja mekanismien selvittäminen on tullut entistä tärkeämmäksi. Niiden perusteella voisimme tulevaisuudessa kertoa, minkälainen liikunta olisi hyödyllisintä itse kullekin ja miksi joillekin ihmisille tietynlainen liikunta ei näytä tarjoavan terveys- ja toimintakykyhyötyjä tai vaikkapa liikunnan iloa samaan tapaan kuin toisille. JUHA HULMI, LitT Dosentti Liikuntabiologian laitos, Jyväskylän yliopisto Lääketieteellinen tiedekunta (Fysiologia) Helsingin yliopisto Sähköposti: RIIKKA KIVELÄ, LitT Dosentti Wihurin tutkimuslaitos ja Translationaalisen syöpäbiologian tutkimusohjelma, Lääketieteellinen tiedekunta, Helsingin yliopisto Sähköposti: LÄHTEET: Attie, K.M. Borgstein N.G. Yang, Y. Condon, C.H. Wilson, D.M. Pearsall, A.E., Kumar, R. Willins, D.A. Seehra, J.S. & Sherman, M.L A single ascending-dose study of muscle regulator ACE- 031 in healthy volunteers. Muscle Nerve 47 (3), Bhasin, S. Storer, T.W. Berman, N. Callegari, C. Clevenger, B. Phillips, J. Bunnell, T.J., Tricker, R. Shirazi, A. & Casaburi, R The effects of supraphysiologic doses of testosterone on muscle size and strength in normal men. New England Journal of Medicine 335 (1), 1 7. Booth, F.W. Roberts, C.K. & Laye, M.J Lack of exercise is a major cause of chronic diseases. Comprehensive Physiology 2 (2), Boström, P. Wu, J. Jedrychowski, M.P. Korde, A. Ye, L., Lo, J.C. Rasbach, K.A. Boström, E.A. Choi, J.H. Long, J.Z. Kajimura, S. Zingaretti, M.C. Vind, B.F. Tu, H. Cinti, S. Højlund, K. Gygi, S.P. & Spiegelman, B.M A PGC1-α-dependent myokine that drives brown-fat-like development of white fat and thermogenesis. Nature 481 (7382), Fiuza-Luces, C. Garatachea, N. Berger, N.A. & Lucia, A Exercise is the real polypill. Physiology (Bethesda) 28 (5), Goodyear, L.J. The exercise pill--too good to be true? New England Journal of Medicine 359 (17), Hawley, J.A. Hargreaves, M. Joyner, M.J. & Zierath, J.R Integrative biology of exercise. Cell 159 (4), Heinonen, I. Kalliokoski, K.K. Hannukainen, J.C. Duncker, D.J. Nuutila, P. & Knuuti, J Organ-specific physiological responses to acute physical exercise and long-term training in humans. Physiology (Bethesda) 29 (6), Helliwell, T.R. Wilkinson, A. Griffiths, R.D. McClelland, P. Palmer, T.E. & Bone, J.M Muscle fibre atrophy in critically ill patients is associated with the loss of myosin filaments and the presence of lysosomal enzymes and ubiquitin. Neuropathology and Applied Neurobiology 24 (6), McPherron, A.C. Lawler, A.M. & Lee, S.J Regulation of skeletal muscle mass in mice by a new TGF-beta superfamily member. Nature 387 (6628), Narkar, V.A. Downes, M. Yu, R.T. Embler, E. Wang, Y.X. Banayo, E. Mihaylova, M.M. Nelson, M.C. Zou, Y. Juguilon, H. Kang, H. Shaw, R.J. & Evans, R.M AMPK and PPARdelta agonists are exercise mimetics. Cell 134 (3), Pekkala, S. Wiklund, P.K. Hulmi, J.J. Ahtiainen, J.P. Horttanainen, M. Pöllänen, E. Mäkelä, K.A. Kainulainen, H. Häkkinen, K. Nyman, K. Alén, M. Herzig, K.H. & Cheng, S Are skeletal muscle FNDC5 gene expression and irisin release regulated by exercise and related to health? Journal of Physiology 591 (21), Schuelke, M. Wagner, K.R. Stolz, L.E. Hübner, C. Riebel, T. Kömen, W. Braun, T. Tobin, J.F. & Lee, S.J Myostatin mutation associated with gross muscle hypertrophy in a child. New England Journal of Medicine 350 (26), Timmons, J.A. Baar, K. Davidsen, P.K. & Atherton, P.J Is irisin a human exercise gene? Nature 488 (7413), E9-E10; discussion E10 1. Vuori, I Liikunnan lisääminen. Terveyskirjasto, Duodecim. Saatavilla: artikkeli=seh00149 LIIKUNTA & TIEDE 52 1 /