Умеренные физические нагрузки могут помогать защите суставного хряща через изменение молекулярных сигналов, которые клетки передают друг другу. Ученые исследовательской системы Mass General Brigham обнаружили, что после тренировок меняется содержимое циркулирующих в крови внеклеточных везикул — мельчайших частиц, способных переносить биологически активные вещества. В экспериментах такие частицы улучшали состояние клеток хряща и уменьшали признаки его возрастного повреждения у мышей. Как движение влияет на суставы и почему открытие может помочь людям с ограниченной подвижностью — в материале «Известий».

Остеоартрит, который также называют остеоартрозом или артрозом, — заболевание, затрагивающее весь сустав и окружающие его ткани. Оно может сопровождаться болью, скованностью, отеком и ограничением движений. Чаще страдают коленные и тазобедренные суставы, а также суставы кистей.

Возраст относится к факторам риска, однако болезнь не является неизбежным следствием старения. Значение имеют и другие обстоятельства, в том числе перенесенные травмы, избыточная масса тела и повторяющиеся чрезмерные нагрузки.

При боли человек может начать меньше двигаться. Но сокращение активности нередко сопровождается ослаблением мышц, из-за чего повседневные действия становятся еще труднее. По данным Всемирной организации здравоохранения, упражнения помогают укреплять мышцы и поддерживать подвижность у людей с остеоартритом.

Польза физической активности для таких пациентов известна давно. Однако исследователям еще предстоит полностью объяснить, какие биологические процессы обеспечивают защитное действие упражнений. Авторы новой работы сосредоточились на одном из возможных механизмов — передаче сигналов через кровь.

Клетки выделяют внеклеточные везикулы — очень маленькие частицы, окруженные мембраной. Они могут переносить различные молекулы и доставлять их другим клеткам. Упрощенно их можно представить как транспортные контейнеры: значение имеет не только сама частица, но и то, что находится внутри.

Ученые предположили, что физическая нагрузка меняет этот молекулярный «груз». Тогда часть пользы тренировок может объясняться сигналами, которые поступают к тканям с такими частицами.

Исследование провели Хиротака Иидзима и Фабрисия Амбросио с коллегами из Центра восстановления опорно-двигательной системы Mass General Brigham. Команда объединила анализ везикул, эксперименты на клетках, исследования на пожилых мышах и программу тренировок с участием пожилых людей.

«Нас мотивирует простой, но важный вопрос: почему и как работают физические упражнения?» — отметили исследователи в сообщении об исследовании.

Пожилые участники проходили структурированную программу аэробных тренировок в течение трех месяцев. До ее начала и после завершения ученые брали образцы крови и изучали содержимое циркулирующих везикул.

Затем исследователи проверяли, как полученные частицы воздействуют на клетки хряща и суставные ткани в экспериментальных условиях. Это позволило проследить связь между изменениями после физической нагрузки и реакцией клеток.

Отдельную часть работы провели на пожилых мышах. Везикулы, полученные после тренировок, вводили непосредственно в суставы животных. Такой подход помог проверить, способны ли частицы оказывать защитное действие на хрящ независимо от самой физической нагрузки.

Таким образом, у людей ученые изучали изменения в крови после программы упражнений, а воздействие выделенных частиц на состояние хряща проверяли в клеточных и животных моделях. Исследование не было клиническим испытанием нового лечения артроза у пациентов.

Умеренные физические нагрузки изменяли молекулярное содержимое везикул. Среди обнаруженных сигналов особое внимание привлекла микроРНК-29.

Ученые также создали везикулы, обогащенные микроРНК-29. Они воспроизводили часть полезных эффектов, что подкрепило предположение о роли этой молекулы. Введение везикул, полученных после физической нагрузки, в суставы пожилых мышей улучшало состояние хряща.

Открытие может помочь в разработке методов лечения для людей, которым трудно получать достаточную физическую нагрузку из-за боли, инвалидности или других ограничений. Исследователи рассматривают возможность использования самих везикул либо переносимых ими молекул. Предполагается, что такие подходы позволят воспроизвести отдельные биологические эффекты упражнений и поддержать суставные ткани.

Пока речь идет о перспективе дальнейших исследований. Улучшение состояния хряща в экспериментальных моделях еще не означает, что аналогичный метод будет безопасным и эффективным для человека. Работа также не доказывает, что молекулярная терапия сможет воспроизвести всю пользу физической активности.

Авторы считают, что изучение этих сигналов может быть полезно и для совершенствования реабилитации: оно поможет понять, какие программы упражнений вызывают наиболее благоприятную биологическую реакцию.