Занятия спортом часто упоминается как средство улучшения физического и психического здоровья. Однако, исследователи выяснили, что спорт может также напрямую улучшать здоровье мозга. Ученые изучили, как химические сигналы, выделяемые при тренировке мышц, способствуют развитию нейронов в мозге. Результаты их работы опубликованы в журнале Neuroscience.
Когда мышцы сокращаются во время физических упражнений, например, бицепсы работают, чтобы поднять тяжелый вес, они выделяют в кровь различные соединения. Такие соединения попадают в различные части тела, включая мозг. Исследователи были особенно заинтересованы в том, как физические упражнения могут помочь определенной части мозга, называемой гиппокампом.
"Гиппокамп - важнейшая область для обучения и памяти, а значит, и когнитивного здоровья, - говорит Ки Юн Ли, автор исследования. Понимание того, как физические упражнения помогают гиппокампу, может привести к разработке методов лечения с помощью физических упражнений различных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера".
Чтобы вычислить химические вещества, выделяемые при сокращении мышц, и испытать их на нейронах гиппокампа, исследователи собрали небольшие образцы мышечных клеток у мышей и вырастили их в лабораторных условиях. Когда мышечные клетки созрели, они начали самостоятельно сокращаться, выделяя химические сигналы.
Исследовательская группа добавила такие клетки, которые теперь содержали химические сигналы от зрелых мышечных клеток, к другим, содержащим нейроны гиппокампа и другие поддерживающие клетки, известные как астроциты.
Используя несколько методов, включая иммунофлуоресцентную и кальциевую визуализацию для отслеживания роста клеток и многоэлектродные матрицы для регистрации электрической активности нейронов, они изучили, как воздействие этих химических сигналов повлияло на клетки гиппокампа. Результаты оказались удивительными, по мнению ученых: под воздействием химических сигналов от сокращающихся мышечных клеток нейроны гиппокампа стали генерировать более крупные и частые электрические сигналы, что является признаком активного роста и здоровья. Через несколько дней нейроны начали генерировать эти электрические сигналы более синхронно, что говорит о том, что нейроны формируют более зрелую сеть, имитируя организацию нейронов в мозге.
Однако у исследователей оставались вопросы о том, как такие химические сигналы приводят к росту и развитию нейронов гиппокампа. Чтобы раскрыть более подробный путь, связывающий физические упражнения с улучшением здоровья мозга, они сосредоточились на роли астроцитов в опосредовании этой связи. "Астроциты - это первые ответчики в мозге, прежде чем соединения из мышц достигнут нейронов, - говорит Ли.
Возможно, они играют определенную роль в том, чтобы помочь нейронам ответить на эти сигналы". Исследователи обнаружили, что удаление астроцитов из клеточных культур привело к тому, что нейроны стали подавать еще больше электрических сигналов, что говорит о том, что без астроцитов нейроны продолжают расти - возможно, до такой степени, что они могут стать неуправляемыми. "Астроциты играют важнейшую роль в опосредовании эффектов физических упражнений", - сказал Ли. "Регулируя активность нейронов и предотвращая их повышенную возбудимость, астроциты способствуют установлению баланса, необходимого для оптимальной работы мозга".
Понимание химического пути между сокращением мышц и ростом и регуляцией нейронов гиппокампа - это лишь первый шаг в понимании того, как физические упражнения помогают улучшить здоровье мозга. "В конечном счете, наше исследование может способствовать разработке более эффективных режимов физических упражнений для лечения когнитивных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера", - сказал Ли.