Новое исследование показывает, как занятия физическими упражнениями влияют на память и мышление. Ученые обнаружили, что мышцы выделяют молекулы, которые помогают мозгу развиваться и поддерживать связь между клетками. Это выделение молекул происходит благодаря сигналам от нервов, которые заставляют мышцы работать. Полученные результаты помогают лучше понять, как физическая активность влияет на здоровье мозга и улучшает его функции.
Предыдущие исследования показали, что во время физической активности мышцы выделяют молекулы, которые попадают в кровь и оказывают положительное воздействие на клетки мозга. Эти молекулы, такие как гормоны и небольшие пузырьки с РНК, помогают мозговым клеткам более эффективно укреплять связи друг с другом.
Тем не менее роль нервов, которые вызывают движение мышц, была недостаточно изучена. С возрастом или в результате травм и заболеваний многие люди теряют связи между нервами и мышцами. Это уменьшение нервных импульсов может привести к разрушению мышц и негативно сказаться на работе других органов, в том числе на функционировании мозга.
Исследователи пытались понять, как нервные сигналы, поступающие в мышцы влияют на выброс молекул, поддерживающих функции мозга. Они надеялись глубже понять механизмы этой связи между мышцами и мозгом, а также определить способы ее сохранения или улучшения, особенно для пожилых людей или пациентов с нервно-мышечными заболеваниями.
Если им удастся добиться успеха, их выводы могут стать основой для разработки методов лечения, нацеленных на взаимодействие между мышцами и мозгом, что потенциально поможет людям поддерживать когнитивные функции даже при утрате мышечной массы и нервных соединений.
Для изучения роли нервных сигналов в коммуникации между мышцами и мозгом исследователи создали две различные модели мышечной ткани: одну с нервными клетками и одну без них. Это позволило им выяснить, как наличие нервов влияет на способность мышц выделять молекулы, способствующие улучшению мозговой активности. Мышцы были помещены в лабораторную чашку, где одна группа тканей получила нервные клетки, что позволило образовать соединения между мышцами и нервами, похожие на те, что существуют в организме.
Вторую группу мышечной ткани оставили без нервных клеток. После установки этих двух групп исследователи стимулировали мышцы, связанные с нервами, с помощью глутамата, нейротрансмиттера, который передает сигналы в мозге и нервной системе, чтобы имитировать стимуляцию, которую мышцы получают во время физических упражнений.
Затем исследователи измерили количество и типы молекул, выделяемых мышцами. Они изучили два вида молекул: гормон иризин, который оказывает благотворное воздействие на мозг, и внеклеточные пузырьки, крошечные частицы, которые переносят РНК и другой молекулярный состав между клетками. Кроме анализа общего числа молекул, команда также изучила конкретные виды РНК, найденные в этих пузырьках, поскольку они могут оказывать влияние на развитие и взаимодействие клеток мозга.
Полученные результаты исследования выявили несколько ключевых выводов. Мышечные ткани, которые имеют связи с нервами, выделяют значительно больше полезных молекул для мозга по сравнению с мышцами, не имеющими таких соединений. В частности, в мышцах, связанных с нервами, отмечается более высокий уровень гормона иризина, который ассоциируется с положительным воздействием физической активности на мозг. Исследования показали, что иризин способен преодолевать гематоэнцефалический барьер и способствует нейрогенезу — процессу образования новых нейронных клеток мозга.
Более того, мышцы, которые связаны с нервной системой, также выделяют большее количество внеклеточных пузырьков, содержащих фрагменты РНК, связанные с развитием мозга и взаимодействием нейронов. Эти пузырьки имеют особое значение, так как могут передавать молекулярные сигналы, способствующие формированию более прочных связей между клетками мозга и их более эффективному взаимодействию.
Когда исследователи стимулировали нервные мышцы глутаматом, они заметили еще большее выделение иризина и внеклеточных пузырьков. В этой группе, подвергшейся стимуляции, фрагменты РНК в пузырьках оказались более разнообразными, то есть нервные сигналы, идущие к мышцам, не только повышают количество высвобождаемых молекул, но и усложняют их молекулярный состав, делая его более полезным для работы мозга.
Эти результаты подчеркивают важную роль нервных сигналов в установлении связи между мышцами и мозгом. С возрастом или в результате травм, когда мышцы теряют свои нервные связи, их способность выделять эти поддерживающие мозг молекулы снижается. Это может способствовать ухудшению когнитивных функций и возникновению других проблем с мозгом.
Хотя это исследование представило новые данные о роли нервов в коммуникации между мышцами и мозгом, оно имеет ряд ограничений. Одно из них то, что эксперименты проводились на мышечных клетках, выращенных в лаборатории. Хотя такие модели помогают сосредоточиться на отдельных вариантах, они не могут в полной мере отразить сложные условия живого организма. В будущих исследованиях необходимо выяснить, сохраняются ли наблюдаемые результаты в организмах животных и, в конечном итоге, у человека.
Исследователи стараются выяснить, влияют ли нервные сигналы непосредственно на выработку веществ, улучшающих работу мозга, или же в основном регулируют их выделение. Эти данные могут помочь в разработке специфических терапевтических подходов для пациентов с заболеваниями нервной и мышечной систем, а также при потере мышечной массы с возрастом.
Создавая условия физической активности в лаборатории, ученые надеются лучше понять, как увеличить выделение этих веществ. Это может привести к новым методам лечения, имитирующим положительное влияние физической активности на людей, которые не могут заниматься спортом из-за травм или заболеваний.
