Regularne ćwiczenia na siłowni to inwestycja w zdrowie, kondycję i dobre samopoczucie, które przynoszą korzyści zarówno w krótkim, jak i długim terminie. Powszechnie wiadomo, że ćwiczenia siłowe pomagają budować masę mięśniową i wzmacniać ciało. Okazuje się też, że biochemiczne i fizyczne efekty treningu mięśni mogą korzystnie wpływać na układ nerwowy .
Ćwiczenia fizyczne kluczem do odbudowy nerwów? Naukowcy odkrywają miokiny
Ćwiczenia fizyczne korzystnie wpływają na mięśnie i poszczególne neurony. Kiedy mięśnie kurczą się podczas ćwiczeń, uwalniają miokiny - biochemiczne sygnały, które pobudzają neurony do wzrostu cztery razy bardziej niż w przypadku neuronów nie wystawionych na działanie miokin - odkryli naukowcy z amerykańskiego MIT w najnowszym badaniu opublikowanym w „Advanced Healthcare Materials”. Neurony reagują również na fizyczny wpływ ćwiczeń, w szczególności na rozciąganie mięśni, które pobudza ich wzrost równie skutecznie, jak sygnały biochemiczne. Wyniki badań sugerują, że ćwiczenia fizyczne mają znaczący biochemiczny i fizyczny wpływ na wzrost nerwów. Ma to potencjalne znaczenie zwłaszcza w leczeniu urazów nerwów lub w chorobach neurodegeneracyjnych.
- Teraz, gdy wiemy, że istnieje ta interakcja pomiędzy mięśniami a nerwami, może być ona przydatna na przykład w leczeniu uszkodzenia nerwu, w którym komunikacja między nerwem a mięśniem zostaje przerwana. Jeśli pobudzimy mięsień, możemy zachęcić nerw do regeneracji i przywrócić ruchomość osobom, które ją utraciły w wyniku urazu lub chorób neurodegeneracyjnych - wyjaśnia Ritu Raman z MIT.
Nowa nadzieja w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych
Naukowcy chcą jeszcze sprawdzić, w jaki sposób ukierunkowana stymulacja mięśni może być wykorzystana do leczenia uszkodzonych nerwów czy rehabilitacji osób z chorobami neurodegeneracyjnymi, takimi jak stwardnienie zanikowe boczne (ALS, SLA), które zakłócają komunikację nerwowo-mięśniową. W 2023 roku Ritu Raman i jej zespół przywrócili sprawność ruchową myszom z urazowymi uszkodzeniami mięśni poprzez wszczepienie i stymulację światłem tkanki mięśniowej. Z czasem przeszczepiony mięsień pomógł myszom odzyskać funkcje motoryczne - osiągały poziom sprawności podobny do zdrowych myszy. Jak się okazało, ćwiczenia pobudzają przeszczepiony mięsień do wytwarzania sygnałów biochemicznych, które promują wzrost nerwów i naczyń krwionośnych.
Na początku Raman i jej zespół zastanawiali się, czy inne czynniki, takie jak układ odpornościowy, przesłaniają wpływ mięśni na wzrost nerwów. Dlatego w kolejnych badaniach skupili się wyłącznie na mięśniach i tkance nerwowej. Aby zbadać bezpośredni wpływ ćwiczeń na wzrost nerwów, wyhodowali komórki mięśniowe myszy, tworząc długie włókna, które połączyły się w warstwę dojrzałej tkanki mięśniowej. Tkanka mięśniowa została genetycznie zmodyfikowana, aby kurczyła się w odpowiedzi na światło, co pozwoliło naśladować ćwiczenia poprzez stymulację mięśni błyskami światła.
Wcześniej Raman opracowała specjalną żelową matę, która miała podtrzymywać tkankę mięśniową podczas tego procesu, zapobiegając jej odklejaniu się podczas ćwiczeń. Po stymulacji mięśnia naukowcy zebrali próbki otaczającego roztworu - spodziewając się, że będzie on zawierał miokiny — sygnały biochemiczne, takie jak czynniki wzrostu, RNA i białka, które mogą promować wzrost nerwów. Zespół przeniósł roztwór miokiny z ćwiczonej tkanki mięśniowej do oddzielnego naczynia zawierającego neurony ruchowe wyhodowane z komórek macierzystych myszy. Po wystawieniu na działanie mieszanki miokin wypustki neuronów rosły cztery razy szybciej i dalej niż te, które nie otrzymały roztworu. Następnie naukowcy przeprowadzili analizę genetyczną, wyodrębniając z neuronów RNA, aby sprawdzić, czy miokiny wywołały zmiany w ekspresji określonych genów.
Jak mięśnie pobudzają wzrost i dojrzewanie neuronów?
Autorzy zastanawiali się, czy także fizyczne skutki ćwiczeń, a nie tylko sygnały biochemiczne mogą promować wzrost neuronów. Ponieważ neurony są fizycznie połączone z mięśniami i rozciągają się, gdy mięśnie się poruszają, wysunęli hipotezę, że naśladowanie tych sił mechanicznych może w podobny sposób wpływać na neurony. By to przetestować, wyhodowali neurony ruchowe na macie żelowej z osadzonymi małymi magnesami. Następnie użyli zewnętrznego magnesu, aby symulować rozciąganie i ruch mięśni podczas ćwiczeń. „Ćwiczenia” neuronów trwały 30 minut dziennie. Jak się okazało, ta mechaniczna stymulacja spowodowała, że neurony rosły tak samo jak neurony wystawione na działanie miokin i dużo bardziej niż neurony kontrolne.
- Zauważyliśmy, że wiele genów, których ekspresja wzrasta w neuronach stymulowanych ćwiczeniami, nie było związanych tylko ze wzrostem neuronów, ale także dojrzewaniem neuronów, tym, jak dobrze komunikują się z mięśniami i innymi nerwami, a także tym, jak dojrzałe są ich wypustki - aksony. Ćwiczenia wydają się wpływać na wzrost neuronów i na to, jak są dojrzałe i jak dobrze funkcjonują. To dobry znak, ponieważ mówi nam, że zarówno biochemiczne, jak i fizyczne efekty ćwiczeń są równie ważne – podsumowała wskazała Ritu Raman.
Tomasz Wypych
Zdjęcie ilustracyjne, fot. Pixabay
Inne tematy w dziale Rozmaitości
