Prekvapivý objav: Cvičenie stimuluje mozog cez drobné častice v krvi
Vedci objavili, že drobné častice v krvi prenášajú benefity cvičenia pre mozog. Injekcia extracelulárnych vezikúl z aktívnych myší do sedavých podporila rast neurónov v hipokampe, kľúčovej oblasti pre učenie a pamäť.
Nová štúdia odhalila, že výhody cvičenia pre mozog sa dajú preniesť krvou. Vedci identifikovali, že malé častice, takzvané extracelulárne vezikuly, z myší, ktoré cvičili, podporujú rast nových neurónov v mozgu sedavých myší.
Aeróbne cvičenie má preukázateľne pozitívny vplyv na kognitívne funkcie, vrátane stimulácie tvorby nových neurónov v hipokampe. Tento proces, známy ako neurogenéza dospelých, je spojený so zlepšením učenia, pamäte a regulácie nálady. Pochopenie mechanizmov, ktoré spájajú fyzickú aktivitu a zdravie mozgu, by mohlo viesť k novým terapiám pre kognitívny úpadok súvisiaci s vekom a iné neurologické stavy.
Ako presne prebieha komunikácia medzi svalmi a mozgom počas cvičenia, však zostávalo záhadou. Aktuálna teória hovorí, že cvičenie uvoľňuje špecifické látky do krvného obehu, ktoré následne putujú do mozgu a spúšťajú zmeny. Predchádzajúce štúdie ukázali, že krvná plazma od zvierat, ktoré cvičia, má pozitívny vplyv na kognitívne funkcie sedavých jedincov.
Medzi potenciálnymi prenášačmi týchto signálov sú extracelulárne vezikuly – miniatúrne vačky uvoľňované bunkami, ktoré prenášajú rôznorodý náklad proteínov, lipidov a genetického materiálu. Počas cvičenia ich tkanivá, ako svaly a pečeň, uvoľňujú do obehu zvýšené množstvo. Keďže dokážu prejsť cez hematoencefalickú bariéru, vedci usúdili, že môžu byť kľúčové pre prenos benefitov cvičenia priamo do mozgu.
Komentár redakcie: Tento prelomový objav otvára dvere novým možnostiam v liečbe neurologických ochorení a zlepšovaní kognitívnych funkcií. Možnosť prenosu benefitov cvičenia prostredníctvom extracelulárnych vezikúl by mohla viesť k terapiám pre ľudí, ktorí nemôžu cvičiť.
Profesor Justin Rhodes z University of Illinois, Urbana-Champaign, vysvetľuje: „Hipokampus je kritický pre učenie a pamäť a jeho atrofia je spojená s bežnými problémami duševného zdravia. Zvýšenie integrity hipokampu je cesta k riešeniu týchto problémov.“
Rhodes dodáva: „Je známe, že cvičenie zvyšuje tvorbu nových neurónov v hipokampe. Predpokladali sme, že extracelulárne vezikuly, obsahujúce rôzne molekuly, môžu komunikovať s mozgom a prispievať k neurogenéze.“
V štúdii vedci použili dve skupiny myší. Jedna mala neobmedzený prístup k bežeckým kolieskam, druhá bola sedavá. Bežiace myši vykazovali nárast nových mozgových buniek v hipokampe.
Po štyroch týždňoch vedci odobrali myšiam krv a izolovali z nej extracelulárne vezikuly. Tie následne injekčne aplikovali sedavým myšiam. Jedna skupina dostala vezikuly od bežiacich myší, druhá od sedavých a tretia placebo.
Na sledovanie tvorby nových buniek vedci myšiam aplikovali látku BrdU, ktorá sa zabudováva do DNA deliacich sa buniek. Celý experiment bol zopakovaný dvakrát.
Výsledky ukázali, že myši, ktoré dostali vezikuly od bežiacich myší, mali približne o 50 % viac nových buniek označených BrdU v hipokampe, v porovnaní s ostatnými skupinami. Tieto zistenia potvrdili, že vezikuly z cvičenia podporujú proliferáciu buniek.
„Bol som prekvapený, že vezikuly postačujú na zvýšenie neurogenézy,“ povedal Rhodes. „Naznačuje to, že vezikuly samé o sebe, bez ďalších fyziologických komponentov cvičenia, sú dostačujúce na zvýšenie neurogenézy.“
Vedci tiež zistili, že približne 89 % nových buniek sa vyvinulo na neuróny a 6 % na astrocyty. Liečba neovplyvnila hustotu krvných ciev v hipokampe.
„Jedným z dôvodov, prečo cvičenie zlepšuje duševné zdravie, je stimulácia tvorby nových neurónov v mozgu. Teraz poznáme dôležitú časť skladačky, ako to cvičenie robí,“ dodal Rhodes. „V budúcnosti si vieme predstaviť terapiu, kde sa vezikuly odoberú ľuďom, ktorí cvičia, alebo sa vyrobia syntetické vezikuly s obsahom chemických látok zistených v tých z cvičenia.“
Štúdia zdôrazňuje dôležitosť extracelulárnych vezikúl pre plasticitu mozgu vyvolanú cvičením, ale otvára aj ďalšie otázky. Potrebné je zistiť, či vezikuly pôsobia priamo na mozog, alebo či ich účinky sprostredkúvajú periférne orgány. Tiež nie je známe, koľko vezikúl prejde cez hematoencefalickú bariéru, ani konkrétny molekulárny náklad vezikúl zodpovedný za neurogénny efekt.
„Existuje veľa možností, ako to môže ísť,“ povedal Rhodes. „Ako sa vezikuly dostanú do mozgu? Pôsobia priamo v mozgu, alebo cez periférne nervy, imunitnú aktiváciu? Ako sa vezikuly dostanú do mozgových buniek? Aké signálne mechanizmy spôsobujú neurogenézu?“
