Отвечающие за выносливость клетки мозга могут определять продолжительность бега

Фото из открытых источников

Исследователи обнаружили у мышей нейроны, которые помогают развивать выносливость после бега. Они предполагают, что подобные клетки существуют и у людей, и их можно использовать в качестве мишени для лекарств или других методов лечения, чтобы усилить эффект от физических упражнений.

Мы десятилетиями знаем, что мозг меняется под воздействием физической активности. Однако ученые широко считали, что эти эффекты отличаются от тех, которые происходят в других частях тела, например, от укрепления мышц, говорит Николас Бетли из Университета Пенсильвании. Последние результаты говорят об обратном – изменения в мозге «координируют все остальное», говорит он.

Чтобы лучше понять, как физические упражнения влияют на мозг, Бетли и его коллеги отслеживали нейронную активность у мышей до, во время и после тренировки на беговой дорожке. Они сосредоточили внимание на клетках вентромедиального гипоталамуса, поскольку предыдущие исследования показали, что нарушение развития этой области мозга препятствует улучшению физической формы у грызунов. Вероятно, то же самое верно и для людей, поскольку структура и функция этой области, как правило, одинаковы у всех млекопитающих, говорит Бетли.

Команда исследователей обнаружила, что после бега у мышей увеличивалась активность группы нейронов с рецептором SF1, который играет роль в развитии мозга и метаболизме. Более того, доля этих клеток, активированных физическими упражнениями, росла с каждым дополнительным днем бега. К восьмому дню бег активировал около 53 процентов нейронов по сравнению с менее чем 32 процентами в первый день. «Таким образом, подобно тому, как ваши мышцы укрепляются во время тренировки, активность вашего мозга также увеличивается», — говорит Бетли.

Затем исследователи использовали оптогенетику — метод, который активирует или подавляет нейронную активность с помощью света, — чтобы отключить эти нейроны у отдельной группы мышей. Животные тренировались на беговой дорожке пять дней в неделю в течение трех недель. После каждой тренировки нейроны подавлялись на один час. В конце каждой недели мыши проходили тест на выносливость, бегая до изнеможения.

В ходе эксперимента мыши в среднем увеличили пройденное расстояние примерно на 400 метров, но это примерно вдвое меньше, чем улучшение, наблюдавшееся в другой группе мышей, у которых нейроны остались неповрежденными.

Роль этих нейронов пока неясна, но, возможно, она связана с использованием энергии, говорит член команды Морган Киндел, также из Университета Пенсильвании. Во время длительных физических нагрузок организм использует жир в качестве источника энергии, поскольку запасы углеводов истощаются быстрее. Но ингибирование этих нейронов у мышей привело к тому, что они «начали использовать углеводы гораздо раньше во время бега», — говорит Киндел. «Затем у них, по сути, закончилась энергия». Команда обнаружила, что ингибирование этих нейронов предотвращает высвобождение белка PGC-1 альфа в мышцах, который помогает клеткам более эффективно использовать энергию. Эти нейроны также выделяют вещество, которое повышает уровень сахара в крови и пополняет запасы энергии, способствуя восстановлению мышц.

Оптогенетика требует инвазивной операции на головном мозге, поэтому она нецелесообразна для людей. Но, возможно, удастся разработать и другие методы воздействия на эти нейроны, говорит Бетли. «Я действительно думаю, что если мы найдем способ — соль, добавку — активировать эти нейроны, то сможем повысить выносливость», — говорит Бетли.

Когда исследователи повторили эксперимент, усиливая, а не подавляя активность этих нейронов, они обнаружили именно это: мыши развили невероятную выносливость, пробегая более чем вдвое большее расстояние, чем контрольные мыши.

Подобное вмешательство могло бы особенно помочь людям, испытывающим трудности с физическими упражнениями, таким как пожилые люди или те, кто перенес инсульт, говорит Бетли.

Но на этом пути много препятствий. Во-первых, мы не знаем наверняка, применимы ли эти результаты к людям. Также существует вопрос о потенциальных побочных эффектах, говорит Томас Беррис из Университета Флориды. Эти нейроны, по-видимому, регулируют потребление энергии в мышцах, поэтому чрезмерная их стимуляция может вызвать опасное падение уровня сахара в крови, говорит он.

Даже если нам удастся безопасно активировать эти нейроны у людей, это не станет панацеей для хорошего здоровья, говорит Бетли. «Когда вы занимаетесь спортом, происходит множество замечательных вещей — вы меньше подвержены депрессии, меньше тревожитесь. Улучшаются когнитивные функции, сердечно-сосудистая система, мышцы», — говорит он. «Я не думаю, что активация [этих] нейронов обязательно станет тем узким местом, через которое пройдут все эти полезные процессы».