Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η άσκηση κάνει καλό στο σώμα. Η τακτική δραστηριότητα όχι μόνο ενισχύει τους μύες, αλλά μπορεί να ενισχύσει τα οστά, τα αιμοφόρα αγγεία και το ανοσοποιητικό σύστημα. Τώρα, οι μηχανικοί του MIT ανακάλυψαν ότι η άσκηση μπορεί επίσης να έχει οφέλη σε επίπεδο μεμονωμένων νευρώνων. Παρατήρησαν πως όταν οι μύες συστέλλονται κατά τη διάρκεια της άσκησης, απελευθερώνουν μια σούπα βιοχημικών σημάτων που ονομάζονται μυοκίνες. Παρουσία αυτών των σημάτων που δημιουργούνται από τους μύες, οι νευρώνες αυξήθηκαν 4 φορές περισσότερο σε σύγκριση με τους νευρώνες που δεν εκτέθηκαν σε μυοκίνες. Αυτά τα πειράματα σε κυτταρικό επίπεδο υποδηλώνουν ότι η άσκηση μπορεί να έχει σημαντική βιοχημική επίδραση στην ανάπτυξη των νεύρων.
Παραδόξως, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι νευρώνες ανταποκρίνονται όχι μόνο στα βιοχημικά σήματα της άσκησης αλλά και στις φυσικές επιπτώσεις της. Η ομάδα παρατήρησε ότι όταν οι νευρώνες έλκονται επανειλημμένα μπρος-πίσω, παρόμοια με τον τρόπο με τον οποίο οι μύες συστέλλονται και διαστέλλονται κατά τη διάρκεια της άσκησης, οι νευρώνες αναπτύσσονται εξίσου πολύ όσο και όταν εκτίθενται στις μυοκίνες του μυός.
Ενώ προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει μια πιθανή βιοχημική σχέση μεταξύ της μυϊκής δραστηριότητας και της ανάπτυξης των νεύρων, αυτή η μελέτη είναι η πρώτη που δείχνει ότι τα σωματικά αποτελέσματα μπορεί να είναι εξίσου σημαντικά, είπαν οι ερευνητές.
Τα αποτελέσματα, τα οποία δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Advanced Healthcare Materials, ρίχνουν φως στη σύνδεση μεταξύ των μυών και των νεύρων κατά τη διάρκεια της άσκησης και θα μπορούσαν να ενημερώσουν για θεραπείες που σχετίζονται με την άσκηση για την αποκατάσταση των κατεστραμμένων και επιδεινούμενων νεύρων.
«Τώρα που γνωρίζουμε ότι υπάρχει αυτή η διασταύρωση μυών-νεύρων, μπορεί να είναι χρήσιμη για τη θεραπεία πραγμάτων όπως ο τραυματισμός των νεύρων, όπου η επικοινωνία μεταξύ νεύρου και μυός διακόπτεται», λέει ο Ritu Raman, ο Eugene Bell Επίκουρος Καθηγητής Μηχανολόγων Μηχανικών στο MIT. «Ίσως αν διεγείρουμε τον μυ, θα μπορούσαμε να ενθαρρύνουμε το νεύρο να επουλωθεί και να αποκαταστήσουμε την κινητικότητα σε όσους το έχουν χάσει λόγω τραυματικού τραυματισμού ή νευροεκφυλιστικών ασθενειών».
Μυϊκή συνομιλία
Το 2023, η Raman και οι συνεργάτες της ανέφεραν ότι μπορούσαν να αποκαταστήσουν την κινητικότητα σε ποντίκια που είχαν υποστεί τραυματικό μυϊκό τραυματισμό, εμφυτεύοντας πρώτα μυϊκό ιστό στο σημείο του τραυματισμού και στη συνέχεια ασκώντας τον νέο ιστό διεγείροντάς τον επανειλημμένα με φως.
Με την πάροδο του χρόνου, διαπίστωσαν ότι το ασκούμενο μόσχευμα βοήθησε τα ποντίκια να ανακτήσουν την κινητική τους λειτουργία, φτάνοντας σε επίπεδα δραστηριότητας συγκρίσιμα με αυτά των υγιών ποντικών. Όταν οι ερευνητές ανέλυσαν το ίδιο το μόσχευμα, φάνηκε ότι η τακτική άσκηση διεγείρει τον εμβολιασμένο μυ να παράγει ορισμένα βιοχημικά σήματα που είναι γνωστό ότι προάγουν την ανάπτυξη των νεύρων και των αιμοφόρων αγγείων. «Ήταν ενδιαφέρον, γιατί πάντα πιστεύουμε ότι τα νεύρα ελέγχουν τους μυς, αλλά δεν σκεφτόμαστε ότι οι μύες μιλούν πίσω στα νεύρα», λέει ο Raman.
«Λοιπόν, αρχίσαμε να πιστεύουμε ότι η τόνωση των μυών ενθάρρυνε την ανάπτυξη των νεύρων. Και οι άνθρωποι απάντησαν ότι ίσως να είναι έτσι, αλλά υπάρχουν εκατοντάδες άλλοι τύποι κυττάρων σε ένα ζώο και είναι πραγματικά δύσκολο να αποδείξουμε ότι το νεύρο μεγαλώνει περισσότερο λόγω του μυός, αντί να παίζει ρόλο το ανοσοποιητικό σύστημα ή κάτι άλλο».
Στη μελέτη, η ερευνητική ομάδα ξεκίνησε να προσδιορίσει εάν η άσκηση των μυών έχει άμεση επίδραση στον τρόπο ανάπτυξης των νεύρων, εστιάζοντας αποκλειστικά στους μυς και τον νευρικό ιστό. Οι ερευνητές μεγάλωσαν τα μυϊκά κύτταρα του ποντικιού σε μακριές ίνες που στη συνέχεια συγχωνεύτηκαν για να σχηματίσουν ένα μικρό φύλλο ώριμου μυϊκού ιστού. Η ομάδα τροποποίησε γενετικά τον μυ ώστε να συστέλλεται ως απόκριση στο φως. Με αυτήν την τροποποίηση, θα μπορούσε να αναβοσβήνει επανειλημμένα ένα φως, προκαλώντας συμπίεση των μυών ως απάντηση, με τρόπο που μιμείται την πράξη της άσκησης.
Οι επιστήμονες του MIT διαπίστωσαν ότι η ανάπτυξη των κινητικών νευρώνων αυξήθηκε σημαντικά σε 5 ημέρες ως απόκριση στα βιοχημικά και μηχανικά σήματα που σχετίζονται με την άσκηση. Ο Raman ανέπτυξε προηγουμένως ένα τζελ πάνω στο οποίο αναπτύσσεται και ασκείται μυϊκός ιστός. Οι ιδιότητες του τζελ είναι τέτοιες που μπορεί να υποστηρίξει τον μυϊκό ιστό και να τον αποτρέψει από το ξεφλούδισμα καθώς οι ερευνητές διέγειραν τους μυς να ασκηθούν. Στη συνέχεια η ομάδα συνέλεξε δείγματα του περιβάλλοντος διαλύματος στο οποίο ασκήθηκε ο μυϊκός ιστός, πιστεύοντας ότι το διάλυμα θα έπρεπε να συγκρατεί μυοκίνες, συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης από διάφορους παράγοντες, RNA και ένα μείγμα άλλων πρωτεϊνών. «Θα σκεφτόμουν τις μυοκίνες ως μια βιοχημική σούπα από πράγματα που εκκρίνουν οι μύες, μερικά από τα οποία θα μπορούσαν να είναι καλά για τα νεύρα και άλλα που μπορεί να μην έχουν καμία σχέση με τα νεύρα», λέει ο Raman. «Οι μύες σχεδόν πάντα εκκρίνουν μυοκίνες, αλλά όταν τους ασκείς, παράγουν περισσότερες».
«Η άσκηση ως φάρμακο»
Η ομάδα μετέφερε το διάλυμα μυοκίνης σε ένα ξεχωριστό πιάτο που περιείχε κινητικούς νευρώνες -νεύρα που βρέθηκαν στο νωτιαίο μυελό και ελέγχουν τους μύες που εμπλέκονται στην εκούσια κίνηση. Οι ερευνητές ανέπτυξαν τους νευρώνες από βλαστοκύτταρα που προέρχονται από ποντίκια. Όπως και με τον μυϊκό ιστό, οι νευρώνες αναπτύχθηκαν σε ένα παρόμοιο στρώμα γέλης. Αφού οι νευρώνες εκτέθηκαν στο μείγμα μυοκινών, η ομάδα παρατήρησε ότι άρχισαν να αναπτύσσονται γρήγορα, τέσσερις φορές πιο γρήγορα από τους νευρώνες που δεν έλαβαν το βιοχημικό διάλυμα. «Αυξήθηκαν πολύ πιο μακριά και πιο γρήγορα, και το αποτέλεσμα είναι αρκετά άμεσο», σημειώνει ο Raman.
Για μια πιο προσεκτική ματιά στο πώς άλλαξαν οι νευρώνες ως απόκριση στις μυοκίνες που προκαλούνται από την άσκηση, η ομάδα διεξήγαγε μια γενετική ανάλυση, εξάγοντας RNA από τους νευρώνες για να δει εάν οι μυοκίνες προκάλεσαν οποιαδήποτε αλλαγή στην έκφραση ορισμένων νευρωνικών γονιδίων. «Είδαμε ότι πολλά από τα γονίδια που ρυθμίζονται προς τα πάνω στους νευρώνες που διεγείρονται από την άσκηση δεν σχετίζονται μόνο με την ανάπτυξη των νευρώνων, αλλά και με την ωρίμανση των νευρώνων, το πόσο καλά μιλούν στους μύες και άλλα νεύρα και πόσο ώριμοι είναι οι άξονες», είπε ο Raman. «Η άσκηση φαίνεται να επηρεάζει όχι μόνο την ανάπτυξη των νευρώνων αλλά και το πόσο ώριμοι και καλά λειτουργούν».
Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι οι βιοχημικές επιδράσεις της άσκησης μπορούν να προάγουν την ανάπτυξη των νευρώνων. Τότε η ομάδα αναρωτήθηκε: Θα μπορούσαν οι καθαρά σωματικές επιπτώσεις της άσκησης να έχουν παρόμοιο όφελος; «Οι νευρώνες συνδέονται σωματικά με τους μύες, επομένως τεντώνονται και κινούνται μαζί με τους μυς», είπε ο Raman. «Θέλαμε επίσης να δούμε, ακόμη και απουσία βιοχημικών ενδείξεων από τους μυς, θα μπορούσαμε να τεντώσουμε τους νευρώνες μπρος-πίσω, μιμούμενοι τις μηχανικές δυνάμεις (της άσκησης) και θα μπορούσε αυτό να έχει αντίκτυπο και στην ανάπτυξη;»
Για να απαντήσουν σε αυτό, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα διαφορετικό σύνολο κινητικών νευρώνων σε ένα στρώμα τζελ που ενσωμάτωσαν με μικροσκοπικούς μαγνήτες. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν έναν μαγνήτη για να κουνήσουν τους νευρώνες μπρος-πίσω. Με αυτόν τον τρόπο «ασκούσαν» τους νευρώνες, για 30 λεπτά την ημέρα. Προς έκπληξή τους, διαπίστωσαν ότι αυτή η μηχανική άσκηση διεγείρει τους νευρώνες να αναπτυχθούν εξίσου με τους νευρώνες που προκαλούνται από τη μυοκίνη, αυξάνοντας σημαντικά πιο μακριά από τους νευρώνες που δεν έλαβαν καμία μορφή άσκησης. «Αυτό είναι ένα καλό σημάδι γιατί μας λέει ότι τόσο οι βιοχημικές όσο και οι σωματικές επιπτώσεις της άσκησης είναι εξίσου σημαντικές», είπε ο Raman.
Τώρα που η ομάδα έχει δείξει ότι η άσκηση των μυών μπορεί να προάγει την ανάπτυξη των νεύρων σε κυτταρικό επίπεδο, σχεδιάζει να μελετήσει πώς η στοχευμένη μυϊκή διέγερση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη και την επούλωση των κατεστραμμένων νεύρων και την αποκατάσταση της κινητικότητας για άτομα που ζουν με μια νευροεκφυλιστική ασθένεια. «Αυτό είναι μόνο το πρώτο μας βήμα προς την κατανόηση και τον έλεγχο της άσκησης ως φάρμακο», είπε ο Raman.
