Spor beyne iyi gelir, bilge adamlar çok eski zamanlardan beri sporu desteklemiştir (“mens sana in corpore sano” sloganı öğretir) ve Aktif bir yaşam tarzının zihinsel faydalarını ve olası bir 'terapötik' sonucu destekleyen yeni kanıtlar bilimden geliyor. Bir çalışma bu faydaları bireysel nöron düzeyinde gösterdi. Deneyleri MIT'den (Massachusetts Teknoloji Enstitüsü) araştırmacı ve mühendislerden oluşan bir ekip gerçekleştirdi. Ortaya çıkan şey, kaslar çalıştırıldığında nöronların büyümesine yardımcı olduklarıydı.. Gibi? Uzmanlar, egzersiz sırasında kaslar kasıldığında, miyokin adı verilen biyokimyasal sinyallerden oluşan bir “çorba” salgıladıklarını gözlemlediler. Kasların ürettiği bu sinyallerin varlığında nöronlar, miyokinlere maruz kalmayanlara göre 4 kat daha fazla büyür. Hücresel düzeydeki bu deneyler, egzersizin sinir büyümesi üzerinde önemli bir biyokimyasal etkiye sahip olabileceğini düşündürmektedir.
Kaslar, nöronlar ve miyokinler
Ancak sadece bu da değil: Araştırmacılar ayrıca nöronların egzersizin biyokimyasal sinyallerine ve aynı zamanda fiziksel etkilerine de yanıt verdiğini keşfettiler. Ekip, nöronların egzersiz sırasında kasların kasılması ve genişlemesine benzer şekilde tekrar tekrar ileri geri çekilmesi durumunda, kasın miyokinlerine maruz kaldıklarında olduğu kadar büyüdüklerini gözlemledi. Araştırmacılar, önceki çalışmaların kas aktivitesi ile sinir büyümesi arasında potansiyel bir biyokimyasal bağlantı olduğunu göstermesine rağmen, bu çalışmanın fiziksel etkilerin de eşit derecede önemli olabileceğini gösteren ilk çalışma olduğunu söylüyor. 'Advanced Healthcare Materials' dergisinde yayınlanacak olan deneylerin sonuçları, egzersiz sırasında kaslar ve sinirler arasındaki bağlantıya ışık tutabilir ve hasar görmüş ve bozulmuş sinirleri onarmak için egzersizle ilgili tedavilere rehberlik edebilir.
Araştırmanın baş yazarı, mühendislik mekaniği doçentlerinden Ritu Raman, “Artık kas ve sinir arasında bu çapraz iletişimin var olduğunu bildiğimize göre, sinir ve kas arasındaki iletişimin bozulduğu sinir hasarı gibi sorunların tedavisinde yararlı olabilir” diye vurguluyor. MİT. “Belki de kasları uyarırsak, travmatik yaralanma veya nörodejeneratif hastalık nedeniyle sinirini kaybetmiş kişilerde sinirin iyileşmesini ve hareketliliğini yeniden kazanmasını teşvik edebiliriz.”
2023 yılında Raman ve meslektaşları, travmatik kas yaralanması geçiren farelerde, önce yaralanma bölgesine kas dokusu yerleştirerek ve ardından yeni dokuyu ışıkla tekrar tekrar uyararak egzersiz yaparak hareket kabiliyetini geri kazanabildiklerini bildirdi. Zamanla, eğitilmiş greftin farelerin motor fonksiyonunu yeniden kazanmasına yardımcı olduğunu ve sağlıklı farelerle karşılaştırılabilir aktivite seviyelerine ulaştığını buldular. Araştırmacılar greftin kendisini analiz ettiğinde, düzenli egzersizin, aşılanmış kasları, sinirlerin ve kan damarlarının büyümesini teşvik ettiği bilinen belirli biyokimyasal sinyaller üretmesi için uyardığını buldu. Raman, “Her zaman sinirlerin kasları kontrol ettiğini düşünüyoruz, ancak kasların sinirlere tepki verdiğini asla düşünmüyoruz” diye düşünüyor. “Böylece kasları uyarmanın sinir gelişimini teşvik ettiğini düşünmeye başladık.”
Biyokimyasal 'çorba'
Yeni çalışmada ekip, yalnızca kas ve sinir dokusuna odaklanarak kas egzersizinin sinirlerin büyüme şekli üzerinde doğrudan bir etkisi olup olmadığını belirlemeye başladı. Araştırmacılar, fare kas hücrelerini, yaklaşık dörtte biri büyüklüğünde küçük bir olgun kas dokusu tabakası oluşturacak şekilde kaynaşan uzun liflere dönüştürdü. Daha sonra egzersiz eylemini taklit etmek için kasın ışığa tepki olarak kasılmasını sağlayacak şekilde genetiği değiştirdiler. Raman daha önce üzerinde kas dokusunun büyüyüp egzersiz yapabileceği bir jel mat geliştirmişti. Ekip daha sonra, büyüme faktörleri, RNA ve diğer proteinlerin bir karışımı da dahil olmak üzere miyokinler içermesi gerektiğini düşünerek, kas dokusunun eğitildiği çevredeki çözeltiden örnekler topladı. Başka bir deyişle, “kasların salgıladığı, bazıları sinirlere iyi gelebilecek biyokimyasal bir çorba” diyor Raman. “Kaslar neredeyse her zaman miyokin salgılarlar, ancak onları eğittiğinizde daha fazlasını üretirler.”
Ekip, miyokin solüsyonunu, omurilikteki gönüllü hareketle ilgili kasları kontrol eden sinirler olan motor nöronları içeren ayrı bir kapsüle aktardı. Kas dokusunda olduğu gibi nöronlar da benzer bir jel mat üzerinde büyütüldü. Ekip, nöronlar miyokin karışımına maruz bırakıldıktan sonra, biyokimyasal solüsyonu almayan nöronlara göre 4 kat daha hızlı bir şekilde büyümeye başladıklarını gözlemledi. Raman, “Çok daha uzağa ve daha hızlı büyüyorlar ve etkisi oldukça hızlı oluyor” diye belirtiyor. Genetik analizden “egzersizle uyarılan nöronlarda yukarı regüle edilen genlerin çoğunun, yalnızca nöronların büyümesiyle değil aynı zamanda olgunlaşmalarıyla, kaslarla ve diğer sinirlerle ne kadar iyi iletişim kurduklarıyla ve aksonların ne kadar olgunlaştığıyla da ilişkili olduğunu gördük.” Bu nedenle egzersizin sadece nöronların büyümesi üzerinde değil, aynı zamanda ne kadar olgun ve iyi çalıştıkları üzerinde de etkisi olduğu görülüyor.”
Bu biyokimyasal düzeyde gerçekleşir. Peki egzersizin sinirler üzerindeki fiziksel etkisi? Raman, “Nöronlar fiziksel olarak kaslara bağlı olduğundan kaslarla birlikte esneyip hareket ederler” diyor. “Kaslardan biyokimyasal sinyallerin yokluğunda bile, (egzersizin) mekanik kuvvetlerini taklit ederek nöronları ileri geri esnetip esnetemeyeceğimizi ve bunun aynı zamanda büyümeyi etkileyip etkilemeyeceğini görmek istedik.” Böylece araştırmacılar, minik mıknatıslarla gömülü bir jel mat üzerinde farklı bir dizi motor nöron yetiştirdiler. Harici bir mıknatısla matın (ve nöronların) ileri geri hareket etmesini sağladılar. Bu şekilde nöronları günde 30 dakika boyunca 'egzersiz ettirdiler'. Şaşırtıcı bir şekilde, bu mekanik egzersizin, miyokinler kadar nöronların da büyümesini teşvik ettiğini buldular. Raman sözlerini şöyle bitiriyor: “Bu iyi bir işaret çünkü bize egzersizin hem biyokimyasal hem de fiziksel etkilerinin eşit derecede önemli olduğunu gösteriyor.” Bir sonraki meydan okuma mı? Hedeflenen kas stimülasyonunun hasarlı sinirleri büyütmek ve iyileştirmek için nasıl kullanılabileceğini anlayın ve ALS gibi nörodejeneratif bir hastalıktan muzdarip kişilerde hareketliliğin yeniden sağlanması. Bilim insanı, “Bu, egzersizi ilaç olarak anlama ve kontrol etme yolunda attığımız ilk adımdır” diyor.
Kaslar, nöronlar ve miyokinler
Ancak sadece bu da değil: Araştırmacılar ayrıca nöronların egzersizin biyokimyasal sinyallerine ve aynı zamanda fiziksel etkilerine de yanıt verdiğini keşfettiler. Ekip, nöronların egzersiz sırasında kasların kasılması ve genişlemesine benzer şekilde tekrar tekrar ileri geri çekilmesi durumunda, kasın miyokinlerine maruz kaldıklarında olduğu kadar büyüdüklerini gözlemledi. Araştırmacılar, önceki çalışmaların kas aktivitesi ile sinir büyümesi arasında potansiyel bir biyokimyasal bağlantı olduğunu göstermesine rağmen, bu çalışmanın fiziksel etkilerin de eşit derecede önemli olabileceğini gösteren ilk çalışma olduğunu söylüyor. 'Advanced Healthcare Materials' dergisinde yayınlanacak olan deneylerin sonuçları, egzersiz sırasında kaslar ve sinirler arasındaki bağlantıya ışık tutabilir ve hasar görmüş ve bozulmuş sinirleri onarmak için egzersizle ilgili tedavilere rehberlik edebilir.
Araştırmanın baş yazarı, mühendislik mekaniği doçentlerinden Ritu Raman, “Artık kas ve sinir arasında bu çapraz iletişimin var olduğunu bildiğimize göre, sinir ve kas arasındaki iletişimin bozulduğu sinir hasarı gibi sorunların tedavisinde yararlı olabilir” diye vurguluyor. MİT. “Belki de kasları uyarırsak, travmatik yaralanma veya nörodejeneratif hastalık nedeniyle sinirini kaybetmiş kişilerde sinirin iyileşmesini ve hareketliliğini yeniden kazanmasını teşvik edebiliriz.”
2023 yılında Raman ve meslektaşları, travmatik kas yaralanması geçiren farelerde, önce yaralanma bölgesine kas dokusu yerleştirerek ve ardından yeni dokuyu ışıkla tekrar tekrar uyararak egzersiz yaparak hareket kabiliyetini geri kazanabildiklerini bildirdi. Zamanla, eğitilmiş greftin farelerin motor fonksiyonunu yeniden kazanmasına yardımcı olduğunu ve sağlıklı farelerle karşılaştırılabilir aktivite seviyelerine ulaştığını buldular. Araştırmacılar greftin kendisini analiz ettiğinde, düzenli egzersizin, aşılanmış kasları, sinirlerin ve kan damarlarının büyümesini teşvik ettiği bilinen belirli biyokimyasal sinyaller üretmesi için uyardığını buldu. Raman, “Her zaman sinirlerin kasları kontrol ettiğini düşünüyoruz, ancak kasların sinirlere tepki verdiğini asla düşünmüyoruz” diye düşünüyor. “Böylece kasları uyarmanın sinir gelişimini teşvik ettiğini düşünmeye başladık.”
Biyokimyasal 'çorba'
Yeni çalışmada ekip, yalnızca kas ve sinir dokusuna odaklanarak kas egzersizinin sinirlerin büyüme şekli üzerinde doğrudan bir etkisi olup olmadığını belirlemeye başladı. Araştırmacılar, fare kas hücrelerini, yaklaşık dörtte biri büyüklüğünde küçük bir olgun kas dokusu tabakası oluşturacak şekilde kaynaşan uzun liflere dönüştürdü. Daha sonra egzersiz eylemini taklit etmek için kasın ışığa tepki olarak kasılmasını sağlayacak şekilde genetiği değiştirdiler. Raman daha önce üzerinde kas dokusunun büyüyüp egzersiz yapabileceği bir jel mat geliştirmişti. Ekip daha sonra, büyüme faktörleri, RNA ve diğer proteinlerin bir karışımı da dahil olmak üzere miyokinler içermesi gerektiğini düşünerek, kas dokusunun eğitildiği çevredeki çözeltiden örnekler topladı. Başka bir deyişle, “kasların salgıladığı, bazıları sinirlere iyi gelebilecek biyokimyasal bir çorba” diyor Raman. “Kaslar neredeyse her zaman miyokin salgılarlar, ancak onları eğittiğinizde daha fazlasını üretirler.”
Ekip, miyokin solüsyonunu, omurilikteki gönüllü hareketle ilgili kasları kontrol eden sinirler olan motor nöronları içeren ayrı bir kapsüle aktardı. Kas dokusunda olduğu gibi nöronlar da benzer bir jel mat üzerinde büyütüldü. Ekip, nöronlar miyokin karışımına maruz bırakıldıktan sonra, biyokimyasal solüsyonu almayan nöronlara göre 4 kat daha hızlı bir şekilde büyümeye başladıklarını gözlemledi. Raman, “Çok daha uzağa ve daha hızlı büyüyorlar ve etkisi oldukça hızlı oluyor” diye belirtiyor. Genetik analizden “egzersizle uyarılan nöronlarda yukarı regüle edilen genlerin çoğunun, yalnızca nöronların büyümesiyle değil aynı zamanda olgunlaşmalarıyla, kaslarla ve diğer sinirlerle ne kadar iyi iletişim kurduklarıyla ve aksonların ne kadar olgunlaştığıyla da ilişkili olduğunu gördük.” Bu nedenle egzersizin sadece nöronların büyümesi üzerinde değil, aynı zamanda ne kadar olgun ve iyi çalıştıkları üzerinde de etkisi olduğu görülüyor.”
Bu biyokimyasal düzeyde gerçekleşir. Peki egzersizin sinirler üzerindeki fiziksel etkisi? Raman, “Nöronlar fiziksel olarak kaslara bağlı olduğundan kaslarla birlikte esneyip hareket ederler” diyor. “Kaslardan biyokimyasal sinyallerin yokluğunda bile, (egzersizin) mekanik kuvvetlerini taklit ederek nöronları ileri geri esnetip esnetemeyeceğimizi ve bunun aynı zamanda büyümeyi etkileyip etkilemeyeceğini görmek istedik.” Böylece araştırmacılar, minik mıknatıslarla gömülü bir jel mat üzerinde farklı bir dizi motor nöron yetiştirdiler. Harici bir mıknatısla matın (ve nöronların) ileri geri hareket etmesini sağladılar. Bu şekilde nöronları günde 30 dakika boyunca 'egzersiz ettirdiler'. Şaşırtıcı bir şekilde, bu mekanik egzersizin, miyokinler kadar nöronların da büyümesini teşvik ettiğini buldular. Raman sözlerini şöyle bitiriyor: “Bu iyi bir işaret çünkü bize egzersizin hem biyokimyasal hem de fiziksel etkilerinin eşit derecede önemli olduğunu gösteriyor.” Bir sonraki meydan okuma mı? Hedeflenen kas stimülasyonunun hasarlı sinirleri büyütmek ve iyileştirmek için nasıl kullanılabileceğini anlayın ve ALS gibi nörodejeneratif bir hastalıktan muzdarip kişilerde hareketliliğin yeniden sağlanması. Bilim insanı, “Bu, egzersizi ilaç olarak anlama ve kontrol etme yolunda attığımız ilk adımdır” diyor.