Физические упражнения обладают широким спектром позитивного воздействия на организм человека, в том числе защитными свойствами против стресс-индуцированной депрессии. Вместе с тем механизмы, опосредующие данный протекторный эффект, оставались долгое время неясными.
В новом экспериментальном исследовании шведские ученые из Каролинского университета (Karolinska Institutet), Сольна, Швеция, продемонстрировали, что физические тренировки стимулируют развитие специфических изменений в скелетных мышцах, способствующих освобождению крови от соединений, образующихся и накапливающихся в ней во время стресса и негативно воздействующих на мозговые функции. Результаты исследования опубликованы 25 сентября 2014 г. онлайн в журнале «Cell».
До настоящего времени остается неизвестным, чем является депрессия в нейрофизиологическом аспекте. По мнению ученых, результаты исследования представляют собой дополнительный отстающий фрагмент паззла, поскольку предлагают объяснение механизма протекторных биохимических изменений, развивающихся под влиянием физических упражнений и защищающих мозг от повреждающего стрессового воздействия.
Известно, что белок PGC-1α1 способствует росту мышечной массы под воздействием физических тренировок, а также опосредует наиболее благоприятное кондиционирование мышц в соответствии с уровнем физической активности. В данном исследовании использовали животную модель генетически модифицированной мыши с высоким содержанием белка PGC-1α1 в скелетных мышцах, проявляющим ряд характеристик хорошо тренированной мышечной ткани (даже без фактических физических нагрузок).
Данных особей и контрольных животных подвергали внешнему стрессовому воздействию — громкому шуму, световым вспышкам и реверсивному циркадному ритму с неправильными интервалами. После 5 нед режима умеренного стресса у нормальных мышей контрольной группы развилось депрессивное поведение, в то время как у генетически модифицированных животных (с характеристиками хорошо тренированной мышечной ткани) не выявляли каких-либо симптомов депрессии.
Исходной гипотезой исследования была концепция, что в тренированных мышцах синтезируется вещество, благоприятно воздействующее на мозг. В действительности установлено обратное: хорошо тренированная мышечная ткань продуцирует фермент, который очищает организм от нейротоксичных соединений. В данном контексте, считают авторы, функции мышечной ткани подобны функциям таких органов, как почки или печень.
Ученые установили, что мыши с более высоким уровнем белка PGC-1α1 в мышцах содержат также более высокие концентрации ферментовпод названием KAT (К-ацетилтрансферазы). Данные ферменты способствуют превращению веществ, синтезирующихся во время стресса (кинуренин), в кинуреновую кислоту — соединение, не способное проникать через гематоэнцефалический барьер. Точные функции кинуренина в организме неизвестны, однако высокие уровни данного вещества выявляют у лиц с психическими заболеваниями.
В исследовании продемонстрировано также, что при применении у нормальных мышей кинуренина у животных развивалось депрессивное поведение, в то время как у мышей с повышенным уровнем в мышцах белка PGC-1α1 симптомы депрессии не развивались. Фактически у этих животных не выявляли повышенные уровни кинуренина в плазме крови, поскольку KAT-ферменты в их хорошо тренированных мышцах быстро трансформировали данное вещество в кинуреновую кислоту, реализуя, таким образом, психопротекторный эффект.
По мнению авторов, полученные результаты могут способствовать открытию новых фармакологических подходов в лечении депрессии с попыткой воздействия на функции скелетных мышц взамен устоявшихся подходов, в основе которых лежит таргетное воздействие непосредственно на мозг. По-видимому, скелетные мышцы обладают детоксицирующим эффектом, который при активации обеспечивает защиту мозга от повреждений и связанных с ними психических заболеваний.
Депрессия является распространенным психическим расстройством с высокой частотой выявления во всех регионах мира. По данным Всемирной организации здравоохранения, от депрессивных расстройств в мире страдают более 350 млн человек.
- Agudelo L.Z., Femenía T., Orhan F. et al. (2014) Skeletal Muscle PGC-1α1 Modulates Kynurenine Metabolism and Mediates Resilience to Stress-Induced Depression. Cell, September 25 [Epub ahead of print].
- Karolinska Institutet (2014) How physical exercise protects the brain from stress-induced depression. ScienceDaily, September 25 (http://www.sciencedaily.com/releases/2014/09/140925131345.htm).
Ольга Федорова
