Всички знаем, че физическите упражнения са важни за силно и здраво тяло. Но по-малко внимание се обръща на факта, че те изглежда са важни и за силен и здрав ум, като подобряват паметта и способността за учене и вероятно отлагат свързаното с възрастта влошаване на когнитивните функции. Защо е така? Учените са събрали множество доказателства, които предполагат, че мускулните клетки секретират в кръвта белтъци и други фактори по време на физически упражнения, а тези вещества имат регенериращ ефект върху мозъка.
Сега, проучване, подкрепено от Националните институти по здравеопазване на САЩ (NIH), е установило нов биохимичен кандидат, който помага за изучаването на връзката между мускулите и мозъка: белтък, който се секретира от мускулните клетки и се нарича катепсин Б. Изследователите са открили, че нивата на този белтък се повишават в кръвта на хора, които редовно правят физически упражнения – в този случай – на бягаща пътечка. При мишки, мозъчните клетки, третирани с този протеин, показали молекулни изменения, свързани с продукцията на нови неврони. Изследователите открили, че подобряването на паметта, което обичайно се свързва с физическите упражнения, е понижено при мишки, които не могат да произвеждат катепсин Б.
Откритието, публикувано наскоро в Cell Metabolism, е на екип изследователи, ръководени от Hyo Youl Moon и Henriette van Praag от National Institute on Aging към NIH. Екипът искал да открие белтъци, които мускулните клетки секретират по време на упражнения и могат да бъдат транспортирани до мозъка. Те започнали, като третирали мускулни клетки в петрита с химическото вещество AICAR, което имитира ефектите на физическите упражнения върху мускулите и повишава издръжливостта на тичане при неактивни мишки. Третирането с AICAR също подобрява мозъчните функции при мишките по начин, сходен, но не идентичен, с упражненията.
Изследването е генерирало кратък списък с потенциално важни белтъци. Като сравнили този списък с наличните вече данни за секретираните белтъци и измененията в генната експресия след упражнения или третиране с AICAR, един белтък изпъкнал: катепсин Б. Този малък ензим е известен с ролята си в деградацията и обмена на пептиди и протеини в клетките. Но някои клетки го секретират и извънклетъчните му ефекти не са добре известни.
За да научат повече за катепсин Б и физическите упражнения, учените се обърнали към мишките и открили, че нивата на този ензим в кръвта им нарастват, след като мишките редовно тичали в продължение на 2 или повече седмици. Освен това, те установили, че нивата на белтъка се повишават в мускулите, но не и в други тъкани и органи. Взети заедно, тези открития предполагат, че тичането води до продукция конкретно на катепсин Б в мускулите и до секреция на ензима в кръвта.
След това, екипът използвал генетично модифицирани мишки, които не могат да синтезират катепсин Б. За разлика от нормалните мишки, когато модифицираните мишки правели упражнения, те повече не произвеждали нови неврони в назъбената извивка – част от мозъка, която е свързана с паметта. Освен това, те не показвали подобрение в пространствената си памет, нито в способността им да се справят по-добре на теста с лабиринта, по начина, по който това обикновено се случва с мишките.
За да може катепсин Б да повлияе на мозъка, той първо трябва да премине през кръвно-мозъчната бариера, която спира белтъците, които са прекалено големи или не са подходящи за навлизане в мозъка. Учените инжектирали катепсин Б в мишките, които не можели сами да си го произвеждат. Те открили, че след 15 минути белтъкът е навлязъл в мозъка. Те установили, че мозъчни клетки, третирани с катепсин Б, показват изменения в генната експресия, които съответстват на растежа на нови неврони.
За да видят дали откритията им се разпростират отвъд клетките и мишките, изследователите сравнили нивата на катепсин Б при хора след четири месеца редовно бягане на пътечка с тези, които не тренирали. Проучването, проведено в Германия, включвало около 40 здрави млади хора. Те били на възраст между 19 и 34 години, мъже и жени.
Учените установили значително повишение на нивата на катепсин Б в кръвта при редовни тренировки. Те открили и взаимовръзка между повишените нива на белтъка и способността на участниците да си спомнят и точно да нарисуват сложна рисунка от линии и геометрични фигури, което често се използва за оценка на визуалната памет.