Hibernacja nie wywołuje u niedźwiedzi zaniku mięśni. Naukowcy badają, jak wykorzystać tę strategię, by zapobiegać atrofii mięśni u ludzi

Wydaje się, że to nadprodukcja aminokwasów endogennych zapobiega zanikowi mięśni w czasie hibernacji u zwierząt. Jak jednak zintensyfikować proces produkcji tych aminokwasów u ludzi unieruchomionych chorobą?

Naukowcy znaleźli właśnie rozwiązanie pewnej zagadki, związanej ze snem zimowym zwierząt, które może okazać się szczególnie przydatna ludziom. Od dawna zastanawiano się, czemu zapadające w hibernację niedźwiedzie nie cierpią w rezultacie unieruchomienia mięśni na kilka miesięcy. Nieużywany mięsień szybko przecież traci swoją objętość i sprawność, co jest szczególnie widoczne u starszych lub kontuzjowanych ludzi. Zanik mięśni jest poważnym problemem medycznym. Tymczasem niedźwiedzie, po okresie hibernacji, łatwo wracają do pełni sprawności. Jak to możliwe?

Dlaczego mięśnie niedźwiedzi nie tracą sprawności w czasie hibernacji?

Zagadnieniem zajęli się ostatnio naukowcy z Centrum Medycyny Molekularnej im. Maxa Delbrucka w Stowarzyszeniu Humbolta. Zespół pod kierunkiem Michaela Gotthardta przeprowadził badania porównawcze pewnych genów i ich ekspresji w trakcie głębokiego snu grizli.

Niedźwiedź grizli jest aktywny od wiosny do późnej jesieni. W listopadzie zaczyna szykować się do zimowego snu i od grudnia-stycznia śpi już smacznie aż do kwietnia-maja. W stanie hibernacji przebywa więc kilka miesięcy. Mimo tego wiosną, po przebudzeniu, jest może nieco ospały, ale fizycznie w pełni sprawny. Czas hibernacji najbardziej zainteresował naukowców, ponieważ z punktu widzenia fizjologii jest to najdziwniejszy czas. W tym stanie metabolizm i tętno zwierzęcia ledwo się tlą, a praca nerek oraz układu pokarmowego ustaje. Nie wydalany jest zatem ani mocz, ani kał. W krwi niedźwiedzia wzrasta więc gwałtownie poziom azotu, a organizm przestaje reagować na insulinę.

Gdyby ludzie zapadli w taki stan na tak długo, najprawdopodobniej mieliby nie tylko zaburzenia psychiczne, ale i różnorodne problemy fizjologiczne, w tym np. zakrzepy oraz zaniki mięśni. Nic takiego nie dzieje się jednak u śpiącego misia. Jak zatem jego mięśnie radzą sobie z tak długim zastojem?

Jak najskuteczniej ćwiczyć mięśnie brzucha? Sprawdź w naszym filmie:

Co się dzieje w organizmie zwierzęcia podczas hibernacji?

Naukowcy rozpoczęli swoje analizy od przebadania genów zwierzęcia. Szukali odpowiedzi na pytanie, które geny w komórkach mięśniowych zwierząt są transkrybowane i przekształcane w białka oraz jaki ma to wpływ na komórki w mięśniach.

Jeden ze współautorów badania, dr Douaa Mugahid, mówi:

Zanik mięśni jest prawdziwym problemem u ludzi, unieruchomionych z powodu choroby czy kontuzji. Wciąż nie umiemy sobie z nim dobrze radzić ani mu zapobiegać. Najpiękniejsze w naszej pracy było poznanie, jak natura sama sobie z tym radzi, udoskonalając sposób na utrzymanie mięśni w formie w czasie hibernacji.

Badacze analizowali geny niedźwiedzia z próbek pobranych zarówno w czasie hibernacji, jak i w stanie pełnej aktywności. W trakcie badań szukano genów i białek, których ilość zmienia się w trakcie zimowego snu. Było to o tyle trudne - jak wspominają naukowcy - że w przypadku niedźwiedzia grizli ani cały genom, ani proteom, czyli zestaw białek znajdujących się w komórce w danym momencie, nie były znane. Obserwacje naukowców zostały porównane z podobnymi danymi dotyczącymi ludzi, myszy oraz nicieni.

W efekcie naukowcy odkryli, że w organizmie zahibernowanego zwierzęcia znajdują się w dużych ilościach białka wpływające na metabolizm niektórych aminokwasów. W mięśniach niedźwiedzia gromadzi się bowiem całkiem sporo aminokwasów NEAA. Są to aminokwasy endogenne, czyli syntetyzowane w organizmie ludzkim.

Analizy komórek ludzkich, pochodzących z mięśni, które uległy atrofii, a także tych pobranych od myszy, także wykazywały większe stężenie aminokwasów NEAA. Ale podawanie unieruchomionym chorym tych aminokwasów w formie tabletek lub płynów nie zapobiegało zanikowi mięśni. O co więc może chodzić? Badacze twierdzą, że to same mięśnie muszą wytworzyć aminokwasy NEAA. Podawanie ich w formie preparatów doustnych nie oznacza, że dotrą do wszystkich komórek w mięśniach. Rozwiązaniem może być - jak sugerują naukowcy - spowodowanie, aby sam mięsień zaczął wytwarzać te białka poprzez odpowiednią aktywację szlaków metabolicznych w organizmie.

Badacze próbowali zatem znaleźć odpowiedź na pytanie, które szlaki sygnałowe należy aktywować w mięśniach, aby te zaczęły produkować odpowiednie ilości aminokwasów. Znowu przyjrzano się genom ludzi, niedźwiedzi oraz myszy, a nawet nicieni. Po analizie wytypowano w sumie trzy geny, które zostaną poddane dalszym badaniom. Są to Pdk4 i Serpinf1, pełniące funkcję inicjacyjną przy metabolizowaniu glukozy i aminokwasów oraz gen Rora, odpowiedzialny za rozwój rytmów całodobowych.

Wyniki badań zostały opublikowana w czasopiśmie Scientific Reports.

Źródło: ScienceDaily.com