Плазма крові мишей, що активно користуються біговим колесом, спричинила в гіпокампі малорухливих мишей такі зміни, якби вони самі регулярно займалися бігом. Зокрема, у їхньому мозку збільшилася кількість нейронів та їхніх попередників, підвищилася виживаність клітин. Це може пояснити кращі результати цих тварин у тестуванні на пам'ять та навчання, у порівнянні з мишами, що отримали плазму таких же малорухливих тварин. Одна з ключових ролей у цьому належить збільшенню рівня білка кластерину в крові внаслідок фізичних навантажень, вказують американські вчені у журналі Nature.
James Brey / iStock
Чому стільки вивчають вплив фізичної активності на організм?
Дедалі більше наукових досліджень розкривають користь фізичної активності в підтриманні здоров'я людини та боротьбі із захворюваннями. Окрім більш очевидного ефекту рухливого способу життя на серцево-судинну систему та метаболізм, зростає кількість свідчень про вагомий вплив на роботу нервової системи, зокрема мозку. Одне з останніх досліджень по цій темі показало, що інтенсивні фізичні навантаження можуть допомогти боротися з тривожними розладами. Інші роботи вказували, що спортивні вправи захищають від нейродегенеративних змін. Ймовірно, цьому сприяє зменшення запальних процесів у нервовій тканині, але достеменно механізми впливу фізичних навантажень на нервову систему не вивчені. Нова робота науковців і медиків Стенфордського університету та Системи охорони здоров'я у справах ветеранів в Пало-Альто принаймні частково дає змогу розширити наше розуміння реакції мозку на фізичну активність.
Як з'ясовували дію тренувань на мозок?
Вчені хотіли з'ясувати, чи спричинений вплив фізичних навантажень на мозок збільшенням у крові концентрації певних біологічно активних сполук. Цього разу зосередилися на конкретній частині мозку — гіпокампі, який відіграє ключову роль у запам'ятовуванні та навчанні.
Досліди провели на двох групах лабораторних мишей: перша утримувалася у клітках із вільним доступом до бігового колеса, інші були позбавлені його і тому вели малорухливий спосіб життя. Протягом 28 днів науковці спостерігали за змінами, що відбуваються з тваринами. Як з'ясувалося, в мишей-бігунів суттєво зросла виживаність клітин мозку, зокрема нейронів, а також збільшилася кількість їхніх попередників та нейрональних стовбурових клітин і астроцитів. Тоді вчені вирішили перевірити, що станеться з третьою, неактивною групою мишей, якщо їм кожні три дні робити переливання плазми крові від тренованих або нетренованих тварин протягом 28 днів.
Які зміни спричинило переливання крові?
Миші, які отримували протягом місця плазму бігунів, мали помітно вищу виживаність клітин мозку, у них спостерігалося більше здатних до активного поділу клітин, зокрема попередників нейронів, ніж у мишей, які отримували плазму малорухливих тварин. Загалом зміни в їхньому мозку були подібними до таких у мишей, які протягом 28 днів тренувалися в біговому колесі.
Дві групи відрізнялися також за показниками експресії 1 952 генів клітин гіпокампу. Із них 61 відсоток характеризувався у мишей після плазми бігунів зменшенням експресії (гени залучені в клітинній міграції, адгезії, диференціації та розростанні епітеліальних клітин тощо), а решта — збільшенням (як-от гени, залучені в навчанні, запам'ятовуванні, імунних процесах та нейропластичності). Однією із найбільших відмінностей було зменшення активності запальних процесів. Наступні досліди показали, що плазма активних мишей усуває в мишей навіть запалення нервової системи, спричинене введенням ліпополісахариду — компоненту мембрани бактерій із прозапальними властивостями.
Окрім змін на тканинному та молекулярному рівні, вчені спостерігали також поведінкові відмінності. Так, тварини після курсу переливання плазми активних мишей краще виконували завдання на навчання та пам'ять. Зокрема витрачали на третину менше часу на проходження водного лабіринту, де їм потрібно було знаходити платформу в наповненому водою басейні.
а. Схема проведення експерименту, де зеленим позначено групу мишей, яка отримувала плазму активних тварин, а сірим - малорухливих. b. Відмінності в кількості клітин-попередників нейронів у мозку мишей після переливання плазми неактивних і активних мишей. с. Відмінності в показниках виживаності та кількості різних типів клітин. d-g. Показники проходження тестувань на пам'ять та навчання. h. Гени, активність яких пригнітилася (синій) або збільшилася (червоний) після переливання крові активних тварин. Zurine De Miguel et al. / Nature, 2021
Порівняння білкового складу плазми крові активних та малорухливих мишей вказало, що за протизапальну властивість перших найімовірніше відповідає сполука кластерин, яка була серед тих, рівень яких збільшується внаслідок тренувань. Вона виробляється переважно клітинами печінки та задіяна в регуляції активації системи комплементу (групи молекул, які є частиною гуморального імунітету), бере участь у пригніченні запалення. Введення мишам кластерину теж допомогло зменшити вироблення клітинами гіпокампу прозапальних молекул у мишей, у яких спровокували нейрозапалення введенням ліпополісахариду, та у мишей, у яких хронічне запалення нервової тканини було зумовлене генетично спровокованими проявами хвороби Альцгеймера.
Додатково вчені провели невелике дослідження з людьми для перевірки результатів, отриманих на тваринах. Вони дослідили плазму крові 20 ветеранів із порушенням пам'яті до та після шестимісячної програми фізичних тренувань. І подібно до результатів на тваринах, у людей після збільшення активності рівень кластерину був вищим, ніж до цього.
Дослідження допомагає краще зрозуміти механізми впливу фізичної активності на роботу мозку, але не менш важливо, що воно може посприяти розробленню нових лікарських засобів для лікування нейродегенеративних та запальних патологій.