運動する筋肉がニューロンの成長を助けることを示す新たな研究結果
(news.mit.edu)- MITの研究チームは、運動中に起こる筋収縮が、生化学的シグナルだけでなく物理的な力を通じても運動ニューロンの成長を促進しうることを、細胞実験で確認した
- 運動した筋肉が分泌した**マイオカイン（myokines）**混合物に曝露された運動ニューロンは、曝露されていないニューロンより4倍遠くまで成長した
- ニューロンを筋肉の運動のように繰り返し前後に引っ張る機械的刺激だけでも、マイオカイン曝露と同程度の成長が見られた
- 遺伝子解析では、運動刺激を受けたニューロンで、ニューロン成熟、筋肉・他の神経とのコミュニケーション、軸索成熟に関連する発現変化が観察された
- 標的筋刺激が、損傷または変性した神経の回復と移動性改善を助ける運動関連治療法につながる可能性がある
運動とニューロン成長の直接的なつながり
- 規則的な運動は、筋肉だけでなく骨、血管、免疫系にも有益な効果があり、今回の実験は、その効果が個々のニューロンのレベルにも及びうることを示している
- 筋肉は運動中に収縮すると、マイオカインという生化学的シグナルの混合物を分泌し、このシグナルがニューロン成長に影響を与える
- マイオカインに曝露されたニューロンは、曝露されていないニューロンより4倍遠く成長した
- ニューロンは、生化学的シグナルだけでなく、運動の物理的影響にも反応する
- 筋肉の収縮・弛緩のようにニューロンを繰り返し前後に引っ張った場合でも、マイオカイン曝露と同様の成長効果が見られた
- 結果はAdvanced Healthcare Materialsに掲載された
以前の筋移植研究から生まれた問い
- 2023年、Ritu Raman研究チームは、外傷性筋損傷を負ったマウスに筋組織を移植し、光で繰り返し刺激して運動させると移動性が回復しうることを報告した
- 時間の経過とともに、運動した移植筋はマウスの運動機能回復を助け、活動レベルは健康なマウスと比較可能な水準に達した
- 移植組織の分析では、規則的な運動が、神経と血管の成長を促進することが知られる生化学的シグナルの生成を刺激したことが示された
- 研究チームは、動物内の免疫系のような他の細胞型ではなく、運動した筋肉そのものが神経成長に直接影響するのかを確認するため、筋肉と神経組織だけを分離して実験した
筋組織を運動させて分泌物を収集
- 研究チームは、マウスの筋細胞を長い線維に育てた後に融合させ、コイン大の成熟した筋組織シートを作成した
- この筋肉は、光に反応して収縮するよう遺伝子的に改変されている
- 光を繰り返し照射して筋肉が握りしめるように収縮するようにし、これを運動行為に近い形で再現した
- 筋組織は、Ramanが以前開発したゲルマットの上で成長・運動した
- このゲルは筋組織を支え、刺激中に組織が剥がれ落ちないよう設計されている
- 運動した筋肉の周囲の溶液には、成長因子、RNA、さまざまなタンパク質を含むマイオカインが含まれていると考えられた
- 筋肉は通常時にもマイオカインを分泌するが、運動するとより多く作られる
マイオカインが運動ニューロンの成長を促進
- 研究チームは、マイオカイン溶液を別の皿に入った運動ニューロンへ移した
- 運動ニューロンは、自発的な動きに関与する筋肉を制御する脊髄の神経である
- ニューロンはマウス由来の幹細胞から育てられ、筋組織と似たゲルマット上で培養された
- マイオカイン混合物に曝露されたニューロンは、急速に成長を始めた
- 生化学溶液を受けていないニューロンより4倍遠く成長した
- 成長距離がより長く、速度もより速く、効果はほぼ即座に現れた
- RNA解析では、運動刺激を受けたニューロンの遺伝子発現変化が確認された
- 上方制御された多くの遺伝子は、ニューロン成長だけでなくニューロン成熟にも関連していた
- 筋肉および他の神経とのコミュニケーション、軸索成熟に関連する遺伝子変化も見られた
- 運動の生化学的効果は、ニューロンをより成熟し機能的な状態へ導く過程とも結びついている可能性がある
物理的な運動効果も生化学的シグナルと同じくらい重要
- 研究チームは、筋肉由来の生化学的シグナルがなくても、運動の機械的な力だけでニューロン成長が変化するかを確認した
- 別の運動ニューロン群を、小さな磁石が入ったゲルマット上で育てた
- 外部磁石でマットとニューロンを前後に揺らし、ニューロンを1日30分「運動」させた
- 機械的運動を受けたニューロンは、マイオカインに曝露されたニューロンと同程度に成長した
- 何の運動刺激も受けていないニューロンよりはるか遠くまで成長した
- 生化学的効果と物理的効果の両方が、ニューロン成長における重要な軸であることが確認された
- 次の段階は、標的筋刺激を用いて損傷した神経を成長・治癒させ、ALSのような神経変性疾患を抱える人の移動性を回復できるかを研究することだ
- 論文: “Actuating Extracellular Matrices Decouple the Mechanical and Biochemical Effects of Muscle Contraction on Motor Neurons”
1件のコメント
Hacker Newsのコメント
いくつかのコメントが「筋力トレーニングは脳を強くする」と読んでいるようなので整理すると、この研究が扱っているのは脳のニューロンではなく、運動ニューロンです
運動ニューロンは脊髄と筋細胞の間にあるニューロンで、脳から来た信号を筋肉の収縮・弛緩へと伝えます
運動すると筋肉の神経支配、つまり1つの筋肉につながるニューロン数の解像度が高まり、それがピアニストのような人たちが持つ精密な運動制御のメカニズムであることは、すでに知られていたようです
この研究はその過程をさらに明らかにし、そのメカニズムについてより強い実証的根拠を提供しているように見えます。神経損傷や脊髄損傷の回復に活用できるなら、非常に期待できます
HIIT運動は筋肉に乳酸を作らせ、この乳酸が血液脳関門を通過して脳由来神経栄養因子の発現を誘導します
BDNFはニューロンの成長と修復に重要で、週に数回、強めに全力疾走するだけでもかなり増やせます。運動に割ける時間が週に数時間しかない人には朗報です
ウエイトトレーニングにも同じ効果があるかはよく分かりません。しばらく調べていないので、手元の情報が最新研究より遅れているかもしれません
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6246624/
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6435829/
ふくらはぎの筋肉の成長に、なぜここまで極端な不均衡が生じるのか分からず、左脚だけで片脚カーフレイズをしてみたのですが、できませんでした。6〜7か月たった今もできません
左のふくらはぎを個別に鍛えているわけではなく、普段どおりランニングと、たまにスクワットをしているだけです
運動ニューロンがうまく発火していないことと関係があるのかもしれない、と思っています。理学療法士はふくらはぎと足指のストレッチを勧めましたが、期待どおりに機能していない筋肉や骨を運動させると、むしろ悪化するのではないかと思い、筋が通らないように感じました
納得のいく答えは聞けませんでしたが、この論文を見ると、彼はまさに正しいところを突いていたのかもしれないと思うようになりました。ふくらはぎの筋肉を分離して運動させれば、それらのニューロンの発火を助けるのかもしれません
今すぐ障害というレベルではありませんが、20〜30年後にバランス感覚へどんな影響が出るかは分かりません。現在47歳です
筋肉を制御するにはニューロンが必要なので、何らかのフィードバックループが存在するというのは妥当に思えます
筋肉の成長と骨密度の間にも似たようなフィードバックループがある、という文章を読んだ記憶があります。強くなると、骨もより高い荷重に耐える方向で恩恵を受ける、というような話です
私の理解では、運動連鎖は神経系 → 筋肉 → 腱 → 骨へと続きます。これらすべての要素が、何らかの形で互いを強くしていると見るのが自然です
出典: https://www.youtube.com/watch?v=6PNBjKJ9hxQ
精神的な明晰さと睡眠を改善する2つのことは、禁酒と筋力トレーニングです
精神的な明晰さや睡眠に問題があったならもっと減らしていたと思いますし、Dry Januaryもやってみましたが、思ったほど体が大きく変わらず驚きました。30日では十分長くないのかもしれません
すべてが互いに影響し合っています
非常に身体的な運動でもありますが、肩・股関節・ハムストリングスのように、睡眠問題の原因でありながら見過ごされがちな筋肉の緊張をかなりほぐしてくれるように思います
Ashtangaをしていたときは、よく眠れただけでなく、睡眠時間が少なくても体の調子が良かったです。本当に驚きでした。いくつかの理由で、今の生活に再び取り入れるのに苦労しています
ジムにもまた行かなければならないのですが、自信があまりないときは、行く力を振り絞るのがとても難しいです。実のところ、それがまた運動しようとしている理由なので、少し馬鹿げた話ではあります
速歩で1時間歩く、坂を登る、あるいは10〜15ポンドのウエイトを何回か持ち上げるだけでも、不安の軽減、こわばりや痛みの緩和、頭の回転に驚くほど効果があります
体全体が神経と筋肉を持つ思考システムであり、うまく機能するにはフィードバックが必要です
運動を始めたことがある人なら誰でも気づきます。最初の数週間は神経信号の改善によって筋力と持久力が非常に速く伸び、その後は筋肥大が主導するようになって速度が落ちます
よし、ほぼウエイトトレーニングを始める気になってきました
髪が生えるという研究まで出てきたら、100%始めます
以前は外見をあまり気にしていませんでしたが、脱毛は本当に大きくのしかかってきます。Finasterideは気分を落ち込ませるし、Minoxidilは面倒すぎます。こういうコメントを見ると、自分だけではないと思えます
始めてみて初めて理解できる自己への挑戦の要素があるように思います
ここでどの部分が新しいと主張されているのか、よく分かりません。マイオカインがニューロンの成長と健康に及ぼす効果は、よく知られた現象ではないのでしょうか？
それともMITのプレスリリースがまた研究を誇張した例なのでしょうか？
それなら、なぜ脊髄損傷の患者は安静にしていなければならないのでしょうか？