Вместо силы: «гормон подвижности» спасет космонавтов от атрофии мышц
Российские ученые сделали открытие, которое может изменить подходы к поддержанию здоровья космонавтов и пациентов с ограниченной подвижностью. Им удалось доказать, что пептид MOTS-c, получивший название «гормон подвижности», способен защитить мышцы от истощения и потери выносливости при отсутствии физических нагрузок. В ходе эксперимента на крысах, которым искусственно создали условия невесомости, инъекции предотвратили уменьшение мышечной массы, в то время как у животных без лечения эти показатели катастрофически снизились. Это открывает путь к созданию препаратов, которые позволят сохранить здоровье мышц в длительных космических полетах.
Что такое гормон подвижности
Мышечная масса космонавтов при низкой гравитации за две недели сокращается на 20%. Подобную атрофию, или истощение мышц, испытывают и пациенты, вынужденные долгое время соблюдать постельный режим, пожилые и даже здоровые люди, столкнувшиеся с резким снижением физической активности. Помимо объема и массы мускулы без регулярных тренировок также утрачивают выносливость. Это происходит из-за изменения типа волокон, из которых состоят мышцы. Ученые из Института медико-биологических проблем РАН в эксперименте на крысах показали, что введение пептида MOTS-c, который также называют гомоном подвижности, при недельном отсутствии нагрузок предотвращает атрофию мышц, превращение медленных волокон в быстрые и снижение выносливости.
Крыса линии Wistar из эксперимента проекта
Как пояснили специалисты, этот пептид вырабатывают «энергетические станции» клеток — митохондрии — в периоды физической активности. При отсутствии длительных и постоянных физических нагрузок он не выделяется, из-за чего митохондрии хуже работают, мышцы слабеют, медленных волокон становится меньше, и человек может уставать даже от короткой прогулки.
Эксперименты по введению MOTS-c ученые провели на крысах. Для этого животных разделили на три группы по восемь особей. Крысы контрольной группы жили в обычных лабораторных клетках. Животных других групп содержали в специальных клетках для разгрузки задних конечностей — их подвесили так, чтобы задние лапы не касались опоры. Из-за этого их камбаловидные мышцы — медленные мышцы, участвующие в ходьбе, — были полностью лишены нагрузки, как при невесомости. При этом животные могли перемещаться по клетке в любом направлении, используя только передние лапы. Крысы одной из групп в условиях такой разгрузки ежедневно получали искусственно синтезированный крысиный MOTS-c.
После семи дней эксперимента ученые отметили, что содержание пептида в мышцах у животных, не получавших вещество при разгрузке, снизилось на 60% по сравнению с контрольной группой. Авторы также исследовали камбаловидные мышцы крыс. Оказалось, что недельная «невесомость» сократила объем быстрых волокон на треть у обеих групп с разгрузкой по сравнению с контрольной группой. Однако объем медленных волокон у крыс, получавших MOTS-c, сократился всего на 15–20%, тогда как у животных без лечения этот показатель достиг 30–35%.
— Проблема утомляемости и уменьшения мышечной массы актуальна для всех людей с недостаточным уровнем активности, а это почти треть взрослого населения Земли. Мы планируем исследовать другие факторы, от которых зависит структура и функции мышечной ткани. В следующем проекте рассмотрим, как содержание кальция в мышцах влияет на их выносливость, а также на работу мышечных волокон и их компонентов, — рассказала старший научный сотрудник лаборатории миологии Института медико-биологических проблем РАН Кристина Шарло.
Восстановление мышц при низкой подвижности
Ученые оценили выносливость крыс с помощью специального теста, в котором мышцу с помощью электрического тока заставляли сокращаться с максимально возможной интенсивностью. Исследование показало, что у животных, принимавших пептид, выносливость сохранилась на нормальном уровне, а при разгрузке без вмешательств снизилась вдвое.
Кроме того, авторы проанализировали содержание в мышце веществ-биомаркеров, которые указывают на рост или разрушение мышц, а также на активность митохондрий. Оказалось, что пептид позволил полностью сохранить нормальную работу митохондрий, необходимую для выработки клетками энергии.
Сейчас исследования сосредоточены на лабораторных животных, но потенциально, если соединение будет эффективно и для человека, оно может помочь в разработке препаратов для защиты мышц космонавтов в условиях низкой гравитации, пациентов, прикованных к постели, и других людей с низкой физической активностью, например пожилых или с сидячей работой.
Сотрудники лаборатории миологии Института медико-биологических проблем РАН под руководством профессора Бориса Стивовича Шенкмана
Этот пептид — перспективный кандидат для космической медицины, подчеркнул руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» Казанского (Приволжского) федерального университета Альберт Ризванов.
— Это особенно важно для долговременных космических полетов и для пациентов с продолжительным постельным режимом, когда риск мышечной атрофии резко возрастает. Пока эффективность подтверждена лишь в краткосрочных экспериментах на животных. Для применения у людей нужны долгосрочные клинические испытания, которые оценят не только эффективность, но и безопасность, включая возможное влияние на обмен веществ и работу других органов. Например, влияние на обмен глюкозы, работу сердца или гормональный баланс, которые у животных могли не проявиться, — сказал ученый.
При бездействии в мышцах выделяется гормон миостатин, и он нацелен на то, чтобы разрушать мышечную ткань, запуская процессы деградации мышечного волокна, объяснил «Известиям» научный сотрудник Института изучения старения Российского геронтологического научно-клинического центра РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России Михаил Болков. В случае если мышцы перетренировать, он убирает лишнее волокно.
— Но проблема в том, что в нашем обществе проблема не в перетренировке, а в недотренировке. Необходимо постоянно поддерживать себя в мышечном тонусе, поэтому необходимы упражнения либо ходьба. А вещество MOTS-c, которое выделяется в митохондриях, блокирует миостатин и действует протективно для мышц, — сказал ученый.
Стоит помнить, что около 70% результатов на животных моделях не подтверждаются, отметил эксперт рынка НТИ «Хелснет», создатель IT-сервиса Nestarenie.Expert Дмитрий Веремеенко.
— Различия в биологии человека и грызунов только усиливают эту проблему. Поэтому исследования на людях — не формальность, а критически важный этап для оценки реальной эффективности и безопасности, — сказал эксперт.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Muscle Research and Cell Motility.
