Легкое ритмичное сжатие большеберцовой кости помогает мозгу быстрее восстанавливаться после травмы и инсульта. К такому выводу пришли китайские ученые из Южного медицинского университета в Гуанчжоу. Их открытие опубликовано в научном журнале Nature Neuroscience.
Черепно-мозговая травма (ЧМТ) может перевернуть жизнь человека, оставляя последствия для памяти, мышления и физических способностей. ЧМТ остается одной из ведущих причин смерти и инвалидности в мире. При этом, как ни парадоксально, та же травма, что вредит мозгу, иногда ускоряет заживление сломанной кости.
Исследователи решили проверить, верно ли обратное. Они смоделировали ЧМТ и инсульт у мышей и свиней, а затем с помощью небольшого биомеханического устройства применяли мягкое ритмичное сжатие к их большеберцовым костям в течение пяти дней. Метод называли динамической компрессионной осевой нагрузкой на большеберцовую кость (DCTAL).
Ученые нашли прямую ось «кость—мозг». Механическое давление на кости ног помогало мозгу восстанавливаться после инсульта и ЧМТ, а также улучшало движение и память. У мышей с ЧМТ DCTAL снижала потерю мозговых клеток, уменьшала хроническое воспаление и стимулировала рост новых нейронов. В моделях тяжелой травмы мозга сжатие кости также поразительно влияло на выживаемость: 14-дневная выживаемость выросла с 20% до 90%.
При травме мозга поврежденные клетки высвобождают в кровь микроскопические пузырьки. Они доходят до скелета, прикрепляются к молодым костным стволовым клеткам — остеопрогениторам — и побуждают их размножаться и строить новую костную ткань.
Животных с смоделированными ЧМТ и инсультом помещали в биомеханические устройства ElectroForce с зажимами для ног. Затем они получали мягкое повторяющееся давление вдоль большеберцовых костей пять дней в неделю с ритмом два толчка в секунду. Мышам назначили 300 циклов в день, свиньям — 400 циклов в день.
У свиней с тяжелой травмой головы терапия DCTAL продлила медианную выживаемость на пять дней. Та же процедура улучшила движение у мышей после ЧМТ или инсульта: они начинали движение раньше и спускались быстрее. При применении до или вскоре после инсульта двигательные дефициты снижались более чем на 50%.
В тестах на навигацию в лабиринте прошедшие лечение мыши показали поразительное восстановление: память улучшилась почти в пять раз, а способность оставаться в целевой зоне выросла на 62,2% уже через неделю после травмы. Число незрелых нейронов выросло в 4,5 раза, а популяция нейральных стволовых клеток — почти в шесть раз.
Кости ног наполнены остеоцитами — клетками, которые чувствуют механическую силу через белок PIEZO1, работающий как включатель для заживления мозга. Когда физическая сила активирует PIEZO1, остеоциты высвобождают в кровоток смесь защитных сигнальных белков. Когда исследователи удаляли PIEZO1, лечебные эффекты полностью исчезали.
Исследование показывает, что ось «кость—мозг» работает в обе стороны: механическая сила на кость может усиливать восстановление мозга после травмы. Если это подтвердится в клинических испытаниях, простое устройство, мягко сжимающее кость голени, может стать реабилитационным инструментом для пациентов, не способных упражняться самостоятельно.
Ранее ученые нашли способ обратить вспять повреждения, вызванные инсультом.