Фізичні вправи сприяють зростанню нейронів завдяки м’язовим сигналам

Фізичні вправи добре відомі своїми широкими перевагами для здоров’я, від зміцнення м’язів і кісток до підтримки здоров’я серця та імунітету. Тепер команда інженерів з Массачусетського технологічного інституту виявила нову перевагу: фізичні вправи можуть безпосередньо сприяти росту нейронів.

Недавнє дослідження під керівництвом Ріту Рамана з Массачусетського технологічного інституту показує, що м’язи, що скорочуються, вивільняють біохімічні сигнали, або міокіни, які значно посилюють ріст нейронів. Коли нейрони піддавалися впливу цих сигналів, що генеруються м’язами, вони розросталися в чотири рази далі, ніж ті, які не піддавалися впливу. Це відкриття може прокласти шлях до нових методів лікування, спрямованих на відновлення та регенерацію нервів.

М’язово-нервовий зв’язок

Це дослідження надає перші докази того, що сама фізична активність може стимулювати ріст нейронів так само ефективно, як біохімічні сигнали від м’язів. У той час як попередні дослідження натякали на зв’язок між м’язами та ростом нервів, дослідження Массачусетського технологічного інституту йде далі, виявляючи потужну роль як біохімічних, так і фізичних ефектів. 

Дослідження, опубліковане в Advanced Healthcare Materials, підкреслює суттєвий зв’язок між здоров’ям м’язів і нервів і може мати застосування для терапії, спрямованої на відновлення функції нервів.

«Тепер, коли ми знаємо, що перехресні перешкоди між м’язами та нервами існують, це може бути корисним для лікування таких речей, як пошкодження нерва, коли зв’язок між нервом і м’язом переривається», — сказав Раман, доцент кафедри машинобудування Массачусетського технологічного інституту. 

«Можливо, якщо ми стимулюємо м’язи, ми зможемо заохотити нерв до загоєння та відновити рухливість тим, хто втратив її через травму чи нейродегенеративні захворювання».

М’язи впливають на ріст нервів

У попередній роботі команда Рамана допомогла відновити рухливість у мишей із травматичними ушкодженнями м’язів, імплантувавши нову м’язову тканину на місці травми, а потім стимулюючи її світлом.  Згодом ця тренована м’язова тканина виробляла певні біохімічні речовини, які сприяли росту кровоносних судин і нервів, відновлюючи функції в пошкоджених областях.

Це відкриття показало, що м’язи можуть впливати на ріст нервів, і це змусило команду Рамана дослідити, чи можуть сигнали, що генеруються м’язами, безпосередньо підтримувати ріст нервів. Щоб ізолювати реакції м’язів, вони створили м’язову тканину миші, яка скорочується під дією світла.

Використовуючи спеціальний гелевий килимок, який підтримує м’язову тканину без відшарування, команда стимулювала скорочення м’язів, дозволяючи тканині вивільняти суміш міокінів – біохімічних месенджерів, включаючи білки та РНК.

«М’язи майже завжди виділяють міокіни, але коли ви їх тренуєте, вони виробляють більше», — пояснив Раман. Зібравши цей розчин, команда представила його мотонейронам, щоб спостерігати, як вони можуть реагувати.

Біохімічні сигнали та ріст нейронів

Команда застосувала розчин міокіну до моторних нейронів, отриманих зі стовбурових клітин миші. Спостерігаючи за їхньою поведінкою, експерти виявили, що нейрони швидко розширюються, ростуть у чотири рази швидше та далі, ніж ті, які не піддаються впливу міокінів.

«Вони ростуть набагато далі і швидше, і ефект досить миттєвий», — сказав Раман.

Ретельніший генетичний аналіз нейронів показав, що міокіни стимулюють гени, пов’язані не лише з ростом, але й із дозріванням і функціонуванням нейронів.

«Ми побачили, що багато генів, активізованих у стимульованих фізичними вправами нейронах, були пов’язані не лише з ростом нейронів, але й із дозріванням нейронів, тим, наскільки добре вони спілкуються з м’язами та іншими нервами, а також наскільки зрілими є аксони», — пояснив Раман. 

«Схоже, що фізичні вправи впливають не тільки на ріст нейронів, але й на те, наскільки вони зрілі та добре функціонують».

Лише фізичний рух сприяє росту

Далі дослідники задалися питанням, чи можуть нейрони так само реагувати на механічний вплив фізичних вправ без біохімічних сигналів. 

«Нейрони фізично прикріплені до м’язів, тому вони також розтягуються та рухаються разом з м’язами», — сказав Раман. 

Використовуючи гелевий килимок із вбудованими крихітними магнітами, команда імітувала механічне розтягування на іншому наборі нейронів, «вправляючи» їх, м’яко переміщуючи килимок вперед-назад.

Примітно, що ця механічна стимуляція призвела до росту нейронів, подібного до того, який індукують міокіни. Результати показують, що фізичний вплив фізичних вправ може безпосередньо стимулювати ріст нейронів. 

«Це хороший знак, оскільки він говорить нам, що і біохімічні, і фізичні ефекти вправ однаково важливі», — сказав Раман.

Наслідки для відновлення рухливості

Цей прорив у розумінні того, як м’язи впливають на нейрони, відкриває нові терапевтичні можливості для відновлення нервів і нейродегенеративних станів. Використовуючи цільову стимуляцію м’язів, дослідники сподіваються розробити лікування таких захворювань, як БАС та інших нейродегенеративних захворювань, які впливають на нервову функцію.

«Це лише наш перший крок до розуміння та контролю фізичних вправ як ліків», — сказав Раман.

Завдяки зростанню доказів того, що фізичні вправи підтримують здоров’я нервів на багатьох рівнях, дослідники зараз зосереджені на вивченні потенціалу терапії на основі фізичних вправ для відновлення функцій і рухливості для тих, хто постраждав від пошкодження або дегенерації нерва.  Ці висновки підкреслюють потужну роль, яку можуть відіграти фізичні вправи в майбутніх нейротерапевтичних підходах.