Od ćwiczenia mięśni rosną neurony

To, że biochemiczne i fizyczne efekty treningu mięśni mogą korzystnie wpływać na układ nerwowy, potwierdzają nowe badania opublikowane w „Advanced Healthcare Materials” przez naukowców z Massachusetts Institute of Technology.

Interakcja pomiędzy mięśniami i nerwami

Jak wykazali naukowcy, ćwiczenia 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 niewystawionych na działanie miokin.

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 wyraźny 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 – powiedziała Ritu Raman z Massachusetts Institute of Technology.

Teraz naukowcy z MIT chcą 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.

Wpływ ćwiczeń na wzrost nerwów

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.

Zarówno biochemiczne, jak i fizyczne efekty ćwiczeń są ważne

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.

– Zauważyliśmy, że wiele genów, których ekspresja wzrasta w neuronach stymulowanych ćwiczeniami, nie było związanych tylko ze wzrostem neuronów, ale także z 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 – wskazała Raman.

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.

Aby 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.

– To dobry znak, ponieważ mówi nam, że zarówno biochemiczne, jak i fizyczne efekty ćwiczeń są tak samo ważne – podsumowała Ritu Raman.