یک مطالعه اخیر نشان میدهد که برخی از فواید ورزش برای مغز و تقویت آن، میتواند از طریق ذرات ریزی که در خون یافت میشوند، منتقل شود. محققان کشف کردند که تزریق این ذرات، به نام وزیکولهای خارج سلولی (extracellular vesicles)، از موشهای ورزشکار به موشهای کمتحرک، باعث رشد نورونهای جدید در هیپوکامپ (ناحیهای از مغز که برای یادگیری و حافظه اهمیت دارد) شد. این یافتهها در ژورنال Brain Research منتشر شده است.
فواید ورزش برای مغز و پدیده “نوروژنز”
ورزش هوازی میتواند عملکردهای شناختی را تقویت کند، که بخشی از آن به دلیل تحریک تولد نورونهای جدید در هیپوکامپ است. این فرآیند، که به نوروژنز بزرگسالان (adult neurogenesis) معروف است، با بهبود یادگیری، حافظه و تنظیم خلقوخو مرتبط است. درک مکانیسمهای خاصی که فعالیت بدنی را به سلامت مغز مرتبط میکند، میتواند منجر به درمانهای جدیدی برای زوال شناختی مرتبط با افزایش سن و سایر بیماریهای عصبی شود.
با این حال، گفتگوی بیولوژیکی دقیق بین عضلات فعال و مغزِ دوردست، تا حد زیادی یک راز باقی مانده بود. یک فرضیه پیشرو نشان میداد که ورزش عوامل خاصی را در جریان خون آزاد میکند که به مغز سفر کرده و این تغییرات را آغاز میکنند.
کشف راز ارتباط عضله و مغز: وزیکولهای خارج سلولی
در میان این پیامرسانهای بالقوه، وزیکولهای خارج سلولی قرار دارند؛ کیسههای بسیار ریزی که توسط سلولها آزاد میشوند و حامل محمولههای متنوعی از پروتئینها، لیپیدها و مواد ژنتیکی هستند. در طول ورزش، بافتهایی مانند عضله و کبد، این وزیکولها را با سرعت بیشتری در گردش خون آزاد میکنند. از آنجایی که این ذرات قادر به عبور از سد خونی-مغزی محافظ هستند، محققان پیشنهاد کردند که آنها ممکن است یک وسیله کلیدی برای رساندن مستقیم فواید ورزش برای مغز باشند.
جاستین رودز (Justin Rhodes)، نویسنده مطالعه و استاد دانشگاه ایلینوی، توضیح داد: «هیپوکامپ برای یادگیری و حافظه حیاتی است و آتروفی (تحلیل رفتن) هیپوکامپ با مشکلات رایج سلامت روان مانند افسردگی، اضطراب، PTSD، صرع، بیماری آلزایمر و پیری طبیعی مرتبط است. بنابراین، یافتن راههایی برای افزایش یکپارچگی هیپوکامپ، مسیری است که باید برای مقابله با این مشکلات دنبال کرد.»
او افزود: «اینکه ورزش باعث تشکیل نورونهای جدید در هیپوکامپ میشود و راهی طبیعی برای مبارزه با تمام مشکلات سلامت روان مذکور است، مشخص بود… اما این ایده که وزیکولهای خارج سلولی حاوی انواع مختلفی از مولکولها میتوانند با امضاهای شیمیایی پیچیده از خون به مغز ارتباط برقرار کرده و به نوروژنز کمک کنند، تا پیش از مطالعه ما ناشناخته بود.»
جزئیات آزمایش: چگونه تزریق خون ورزشکار باعث رشد سلول مغزی شد؟
برای بررسی این موضوع، محققان از دو گروه موش استفاده کردند. یک گروه به مدت چهار هفته به چرخهای دویدن دسترسی نامحدود داشت، در حالی که گروه دیگر در قفسهایی با چرخهای قفل شده (به عنوان گروه کنترل کمتحرک) نگهداری میشدند. همانطور که انتظار میرفت، موشهای دونده افزایش قابل توجهی در سلولهای مغزی جدید در هیپوکامپ خود نشان دادند.
پس از چهار هفته، تیم خون هر دو گروه اهداکننده (ورزشکار و کمتحرک) را جمعآوری کرد. از این خون، آنها وزیکولهای خارج سلولی را جدا کردند.
سپس این وزیکولها را به مدت چهار هفته به گروه جدیدی از موشهای کمتحرک دریافتکننده تزریق کردند. این دریافتکنندگان به سه گروه تقسیم شدند: ۱. دریافتکنندگان وزیکولهای اهداکنندگان ورزشکار ۲. دریافتکنندگان وزیکولهای اهداکنندگان کمتحرک ۳. دریافتکنندگان دارونمای سالین (محلول نمکی)
برای ردیابی ایجاد سلولهای جدید در مغز دریافتکنندگان، به موشها ترکیبی به نام BrdU تزریق شد. این ماده در DNA سلولهای در حال تقسیم ادغام میشود و آنها را برچسبگذاری میکند.
نتایج شگفتانگیز: افزایش ۵۰ درصدی سلولهای جدید مغز
محققان دریافتند موشهایی که وزیکولهای اهداکنندگان ورزشکار را دریافت کرده بودند، در مقایسه با موشهایی که وزیکولهای کمتحرک یا دارونما دریافت کردند، افزایش تقریبی ۵۰ درصدی در تعداد سلولهای جدید (نشاندار شده با BrdU) در هیپوکامپ نشان دادند.
رودز گفت: «من شگفتزده شدم که وزیکولها به تنهایی برای افزایش نوروژنز کافی بودند. زیرا هنگام ورزش، نه تنها فاکتورهای خونی نقش دارند، بلکه فعالیتهای عصبی زیادی نیز در خود هیپوکامپ رخ میدهد که فکر میکردم برای وقوع نوروژنز ضروری هستند. نتایج نشان میدهد که ظاهراً اینطور نیست؛ وزیکولها به تنهایی… برای افزایش نوروژنز کافی هستند.»
محققان همچنین هویت این سلولهای جدید را بررسی کردند. با استفاده از نشانگرهای فلورسنت، آنها شناسایی کردند که در تمام گروهها، حدود ۸۹ درصد از سلولهای جدید به نورون (سلول عصبی) تبدیل شدند. بخش کوچکتری (حدود ۶ درصد) به سلولهای پشتیبان به نام آستروسیت تبدیل شدند. این نشان میدهد که وزیکولهای موشهای ورزشکار، کمیت نورونهای جدید در حال شکلگیری را افزایش دادهاند، نه اینکه نوع سلولها را تغییر دهند.
آینده درمان: آیا “قرص ورزش” در راه است؟
رودز گفت: «یکی از دلایلی که ورزش سلامت روان را بهبود میبخشد این است که باعث تحریک تشکیل نورونهای جدید در ناحیهای از مغز شما میشود که برای یادگیری، حافظه و مهار استرس مهم است، و اکنون ما قطعه بزرگی از پازل چگونگی انجام این کار توسط ورزش را میدانیم.»
«میتوان درمانی را در آینده تصور کرد که در آن یا وزیکولها از خون انسانهای ورزشکار برداشت شده و به افراد [دیگر] تزریق میشوند، یا وزیکولهای مصنوعی ساخته میشوند که حاوی ترکیب منحصربهفرد مواد شیمیایی شناساییشده در وزیکولهای ورزشی هستند.»
سوالات بیپاسخ و جعبه سیاه پیش رو
در حالی که این یافتهها وزیکولهای خارج سلولی را به عنوان بازیگران کلیدی در انعطافپذیری مغز ناشی از ورزش معرفی میکنند، این مطالعه سوالات زیادی را برای تحقیقات آینده برجسته میکند. یک سوال اساسی این است که آیا وزیکولها مستقیماً روی مغز عمل میکنند یا اثرات آنها توسط اندامهای محیطی (خارج از مغز) واسطهگری میشود. هنوز مشخص نیست که چه کسری از وزیکولهای تزریق شده از سد خونی-مغزی عبور کردهاند.
همچنین محموله مولکولی خاص درون وزیکولها که مسئول این اثر است باید شناسایی شود. یک مطالعه تکمیلی توسط همین گروه تحقیقاتی نشان داد که وزیکولهای موشهای ورزشکار سرشار از پروتئینهای مرتبط با انعطافپذیری مغز، دفاع آنتیاکسیدانی و سیگنالدهی سلولی هستند.
رودز افزود: «اینکه وزیکولها چگونه به مغز میرسند، چگونه با سلولهای مغزی ادغام میشوند… و مکانیسمهای سیگنالدهی درگیر… که باعث وقوع نوروژنز میشود، چیست؟» اینها سوالاتی هستند که باید در آینده به آنها پاسخ داده شود.
- عنوان مطالعه: «وزیکولهای خارج سلولی مشتق از پلاسمای ناشی از ورزش، نوروژنز هیپوکامپ بزرگسالان را افزایش میدهد»
- نویسندگان: مگان جی. کانلی، الکساندر ام. فلیلت، پریثیکا راوی، دن آی. روسو، مارنی دی. بوپارت و جاستین اس. رودز.
