Эндоканнабиноиды вызвали эволюцию локомоторного поведения?

Чувство эйфории при длительной физической активности возникает в первую очередь за счет выработки эндоканнабиноидов. Изображение с сайта draftmag.com

«Эйфория бегуна» — известный феномен, наблюдаемый у спортсменов. Он заключается в состоянии особого подъема, сходного с легким опьянением, во время длительной физической активности. Ранее считалось, что за это состояние отвечают эндорфины — полипептиды, сходные по структуре с опиатами, — которые выделяются в кровь при работе на выносливость и при интенсивной тренировке. Однако недавно было показано, что эйфорию бегуна вызывают в первую очередь другие эндогенные вещества — эндоканнабиноиды, сходные по строению с действующими веществами гашиша и марихуаны. Американские биологи решили сравнить изменения в концентрации эндоканнабиноидов у разных видов млекопитающих после упражнений на беговой дорожке. Оказалось, что у животных, приспособленных к длительному бегу, после упражнений достоверно увеличивалось количество каннабиноидов в крови, тогда как у животных, не склонных бегать, достоверного повышения концентрации этих веществ не наблюдалось. Авторы высказывают смелое предположение, что каннабиноидная сигнальная система способствовала эволюции локомоторного (то есть обеспечивающего перемещения в пространстве) поведения у млекопитающих.

«Эйфорию бегуна» описывают как состояние особого подъема, сравнимое с «кайфом», вызываемым наркотиками. Некоторые чувствуют прилив счастья или даже плачут. Людям, далеким от спорта, этого не понять, да и совсем не все спортсмены знакомы с такими ощущениями. Бег действительно вызывает удовлетворение, но единственное сильное чувство, которое испытывают некоторые бегуны, — это облегчение после пересечения финишной прямой.

Ранее было показано, что при интенсивной тренировке у спортсменов выделяются в кровь эндорфины (гормоны гипофиза). Эндорфины вызывают состояние своеобразной эйфории, ощущение беспричинной радости, физического и психического благополучия, подавляют чувство голода и боли, в результате чего резко улучшается настроение. С другой стороны, при введении антагонистов эндорфинов (например, налоксона), ощущение эйфории у спортсменов не блокировалось. Поэтому некоторые ученые ставят под сомнение эндорфинный механизм появления этого эффекта.

В 2004 году был предложен другой нейробиологический механизм эйфории бегуна (см.: Dietrich, McDaniel, 2004. Endocannabinoids and exercise). Было показано, что интенсивные физические упражнения сильно повышают концентрацию эндоканнабиноидов (eCB) в крови. Эндоканнабиноиды — это вещества из группы терпенфенольных соединений, аналогичные тем, которые встречаются в природе в растениях семейства коноплевых (Сannabaceae), но вырабатываемые человеческим организмом. Самые известные eCB — анандамид (АЕА) и 2‑арахноидоноилглицерол (2‑Arachidonoylglycerol или 2-AG). Они избирательно связываются с каннабиноидными рецепторами и вызывают тот же психотропный эффект, что и марихуана. АЕА и 2‑AG можно назвать нейромодуляторами, так как они изменяют выделение классических нейромедиаторов — веществ, которые осуществляют передачу нервных импульсов через синаптические окончания. АЕА и 2‑AG выделяются как в центральной, так и в периферической нервной системе и вызывают общую активацию дофаминовых рецепторов в нейронах. В частности, эти нейроны активируются в прилежащем ядре (см. nucleus accumbens) — так называемом «центре удовольствия», который считается одной из главных областей, ответственных за ощущение удовольствия и другие приятные эмоции.

До последнего времени исследования физиологических механизмов ощущения удовольствия и награды проводили преимущественно на человеке или на мышах. Например, в течение 15 лет искусственно отбирали мышей, склонных к бегу в колесе. После этого блокировали у этих мышей eCB‑рецепторы. В результате мыши начинали существенно меньше упражняться, что говорит о том, что отбор использует каннабиноидную систему, чтобы физические упражнения подкреплялись ощущениями удовольствия.

Американские ученые из Аризонского университета, Эккердского колледжа и Центра изучения здоровья Техасского университета провели исследование, в котором решили сравнить работу eCB-системы у млекопитающих с разными типами локомоторного поведения. В качестве животных, приспособленных к длительному бегу, были выбраны собака и человек, тогда как в качестве животного, не способного долго бегать, был выбран хорек Mustela putorius. В исследовании использовали относительно тренированных людей (но не спортсменов), которые могли непрерывно бежать в течение 30 минут. Что касается собак, то для исследования были выбраны дворняги весом в среднем 28 кг. И собак, и хорьков предварительно тренировали на беговой дорожке с положительным подкреплением. Авторы выбрали две скорости: одна соответствовала беговой скорости человека (9 км/час), другая — скорости ходьбы человека (4,5 км/час). Для животных скорость пересчитывали исходя из длины конечности. Перед каждым экспериментом и после него у испытуемого брали кровь из вены и измеряли концентрацию АЕА и 2‑AG в плазме.

Всего в экспериментах участвовало 10 людей, 8 собак и 8 хорьков. Оказалось, что и у собаки, и у человека уровень одного из каннабиноидов, АЕА, в плазме достоверно повышался после 30‑минутного бега на беговой дорожке. В то же время, этот уровень ни у кого достоверно не повышался после 30‑минутной ходьбы. У хорьков уровень АЕА в плазме достоверно не изменялся ни после бега, ни после ходьбы (см. рис.). Концентрация в плазме второго каннабиноида, 2‑AG, ни у кого не менялась ни после бега, ни после ходьбы. Кроме того, среди испытуемых людей проводился опрос, чувствовали ли они подъем настроения, энергии или энтузиазма после эксперимента. Корреляция между повышением настроения и повышением концентрации АЕА оказалась высокой и достоверной.

Изменения концентрации анандамида (АЕА) в плазме крови до и после упражнений на беговой дорожке у людей (humans), собак (dogs) и хорьков (ferrets). Концентрации до эксперимента обозначены белыми столбиками, после эксперимента — черными столбиками. А — результаты, полученные до и после бега. В — результаты, полученные до и после ходьбы. Звездочкой обозначены достоверные различия (р<0.05). Изображение из обсуждаемой статьи в Journal of Experimental Biology

На основании этих результатов авторы делают вывод, что интенсивные физические упражнения запускают каннабиноидную сигнальную систему у млекопитающих, приспособленных к длительному бегу (собака и человек), но не запускают ее у животных, не приспособленных к такому бегу (хорек). Авторы считают, что наряду с морфологическими адаптациями, которые, несомненно, сопровождали эволюцию локомоторного поведения, eCB‑сигнальная система также способствовала эволюции локомоции. Если животное испытывало ощущение награды в результате длительного бега, это было прекрасной мотивацией чаще использовать такой способ передвижения в различных ситуациях.

Конечно, у данного исследования есть свои недочеты, которые сами же авторы и указывают в конце статьи. Во-первых, в работе использовали очень малую выборку экспериментальных животных. В будущем хотелось бы исследовать большее число животных с разным локомоторным поведением. Во-вторых, выборка людей состояла из относительно тренированных индивидуумов, способных непрерывно бежать 30 минут. Согласитесь, что не каждый из нас способен на это! Авторы объясняют свой выбор тем фактом, что тренированные люди ближе к нашим предкам, которые добывали себе кусок хлеба в первую очередь охотой. Но для контроля нужно было бы исследовать людей, ведущих в основном сидячий образ жизни. Наконец, можно было бы расширить опрос людей, участвовавших в эксперименте, относительно других ощущений (изменения в болевой чувствительности, получение чувства успокоения, и т. д.). Но, несмотря на эти недочеты, подобное исследование предлагает новый замечательный метод изучения причин и способов появления в процессе эволюции разных форм локомоторного поведения.

Источник: David A. Raichlen, Adam D. Foster, Gregory L. Gerdeman, Alexandre Seillier, Andrea Giuffrida.Wired to run: exercise-induced endocannabinoid signaling in humans and cursorial mammals with implications for the “runner’s high” // Journal of Experimental Biology. 2012. V. 215. P. 1331–1336.

Варвара Веденина