Упражнения приносят неоспоримую пользу как телу, так и разуму. Однако новое исследование инженеров из MIT (Массачусетского технологического института) показало, что их эффект может быть гораздо глубже. Результаты работы команды ученых демонстрируют, что сокращение мышц в ходе физической активности запускает выделение биологических сигналов, способных восстанавливать поврежденные нервные клетки.
Раскрытие «фактора упражнений»
Люди осознали пользу физических нагрузок для организма еще в древности, но на протяжении многих лет ученым было неясно, что именно происходит в процессе. Считалось, что мышечные волокна выделяют некий химический сигнал, однако его точная природа оставалась загадкой. Поэтому его называли неопределенным термином «рабочий фактор» или «фактор упражнений».
В 2000 году было обнаружено, что скелетные мышцы выделяют интерлейкин-6 (IL-6) — цитокин, ранее известный своими функциями в иммунной системе. Тем не менее, ученые предположили, что IL-6 не может объяснить все эффекты физической активности, и ввели термин «миокины» для обозначения любых подобных веществ, которые могут быть выявлены в будущем.
Сегодня известно, что мышцы способны выделять сотни различных пептидов, однако их биологические функции еще далеко не полностью изучены.
Например, хотя хорошо известно, что физическая активность положительно влияет на нервную систему, улучшая настроение и снижая стресс, меньше известно о том, как упражнения влияют на отдельные нервные клетки. Именно это и решили исследовать ученые из MIT.
«Диалог» между мышцами и нервами
Идея исследования родилась из работы, опубликованной в 2023 году под руководством Риту Раман (Ritu Raman). Тогда ученые обнаружили, что поврежденные мышцы мышей можно восстановить, пересаживая новую мышечную ткань и стимулируя ее — по сути, «тренируя». Исследователи предположили, что новая мышечная ткань вырабатывает миокины, способствующие восстановлению нервных и кровеносных клеток.
«Это было интересно, ведь мы всегда думаем, что нервы контролируют мышцы, но не задумываемся о том, что мышцы могут «разговаривать» с нервами, — отметила Раман. — Так мы начали изучать гипотезу, что стимуляция мышц способствует росту нервов.»
Однако экспериментально доказать это было непросто.
«Люди говорили: возможно, это так, — добавила Раман, — но в организме есть сотни других типов клеток, и сложно доказать, что нервы растут именно из-за мышц, а не из-за воздействия иммунной системы или других факторов.»
Для решения этой задачи команда разработала метод выращивания мышечных клеток мышей, которые затем объединялись в стабильные слои мышечной ткани размером с монету. С помощью генной модификации мышцы настраивали так, чтобы они сокращались под воздействием света, имитируя тренировку.
После сокращения мышц ученые собирали образцы жидкости, окружающей ткань, чтобы проверить, выделяются ли миокины.
Как выразилась Раман, «я бы назвала миокины биохимическим «супом», который выделяют мышцы. Некоторые из его компонентов полезны для нервов, а другие могут не иметь к ним отношения. Мышцы всегда выделяют миокины, но во время упражнений их становится больше».
Затем этот «суп» был применён к двигательным нейронам, которые были выращены аналогичным образом. С добавлением миокинов команда увидела, что нейроны начали расти в четыре раза быстрее, чем обычно, «и эффект проявлялся практически сразу», – отметила Раман.
Генетический анализ показал, что миокины не только активируют гены, отвечающие за рост, но и улучшают функции и созревание нейронов.
Физическая активность как лекарство
Упражнения — это не только химический процесс: механическое сокращение и растяжение мышц также играет важную роль. Каждый раз, когда вы растягиваете мышцу, вы одновременно растягиваете и прикрепленные к ней нервные волокна.
Чтобы воспроизвести этот процесс, команда вырастила еще одну культуру моторных/двигательных нейронов, расположив их на поверхности с миниатюрными магнитами. Мышцы «тренировали» ежедневно по 30 минут, создавая механическое движение с помощью внешнего магнита.
Как и при применении миокинов, механическое воздействие стимулировало рост нейронов.
«Это хороший знак, показывающий, что как биохимические, так и физические эффекты упражнений одинаково важны», — отметила Раман.
В настоящее время миокины являются горячей темой исследований. Недавняя работа показала, что лекарства на их основе в будущем могут быть использованы как «упражнения в таблетке» для защиты мозга от возрастной деменции.
Новое исследование Раман и её команды открывает путь к разработке методов восстановления поврежденных нервов, которые могут быть полезны при таких нейродегенеративных заболеваниях, как боковой амиотрофический склероз. Впереди нас ожидает еще много работы и открытий, связанных с этим загадочным механизмом.
Как отметила Раман, «это лишь наш первый шаг к пониманию и использованию упражнений как лекарства».
Исследование было опубликовано в журнале Advanced Healthcare Materials.
