Μύες: Γιατί η απώλεια δύναμης με την ηλικία μπορεί να αποτελεί μηχανισμό προστασίας

Οι μύες εξασθενούν φυσιολογικά καθώς μεγαλώνουμε, όμως νέα έρευνα δείχνει ότι ορισμένες αλλαγές που συνδέονται με τη γήρανση ίσως βοηθούν στην προστασία των μυϊκών κυττάρων από βλάβες. Οι επιστήμονες εξηγούν γιατί οι μύες στρέφονται προς έναν διαφορετικό τύπο μυϊκών ινών και εντοπίζουν ένα σημαντικό μόριο που θα μπορούσε να ανοίξει νέους δρόμους για την αντιμετώπιση της μυϊκής απώλειας.

Ο μυϊκός ιστός αποτελείται από δεσμίδες ινών με διαφορετικές λειτουργίες. Οι ίνες ταχείας συστολής παράγουν δυνατές και γρήγορες κινήσεις, αλλά κουράζονται σχετικά γρήγορα. Αντίθετα, οι ίνες βραδείας συστολής υποστηρίζουν τη δραστηριότητα μεγαλύτερης διάρκειας και περιέχουν περισσότερα μιτοχόνδρια, τις κυτταρικές δομές που παράγουν μεγάλο μέρος της ενέργειας που χρειάζονται οι μύες.

Με την ηλικία μειώνεται η μυϊκή δύναμη και τα μιτοχόνδρια γίνονται λιγότερο αποτελεσματικά. Παράλληλα, οι μύες αποκτούν μεγαλύτερη αναλογία ινών βραδείας συστολής, παρότι αυτές εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τα μιτοχόνδρια που χάνουν τη λειτουργικότητά τους. Παρόμοιες αλλαγές έχουν παρατηρηθεί και σε διάφορες παθήσεις που προκαλούν μυϊκή απώλεια.

Γιατί, λοιπόν, οι μύες βασίζονται όλο και περισσότερο σε ένα σύστημα παραγωγής ενέργειας που γίνεται λιγότερο αποτελεσματικό;

Το μόριο που συνδέεται με τη γήρανση των μυών

Για να διερευνήσουν το ερώτημα, οι επιστήμονες επικεντρώθηκαν στην καρδιολιπίνη, ένα εξειδικευμένο λιπαρό μόριο που βρίσκεται σχεδόν αποκλειστικά στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων. Η καρδιολιπίνη συμβάλλει στη διατήρηση της χαρακτηριστικής πτυχωτής δομής της μεμβράνης, η οποία είναι απαραίτητη για τη σωστή λειτουργία των μιτοχονδρίων.

Όταν η καρδιολιπίνη δεν επαρκεί, τα μιτοχόνδρια δυσκολεύονται να παράγουν αρκετή ενέργεια. Γίνονται επίσης λιγότερο ικανά να παράγουν τα χημικά σήματα και τα απαραίτητα υλικά που χρειάζονται τα κύτταρα για να λειτουργήσουν.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα επίπεδα καρδιολιπίνης στα μυϊκά μιτοχόνδρια μειώνονται τόσο σε ποντίκια όσο και σε ανθρώπους καθώς γερνούν ή νοσούν. Η μείωση συνοδευόταν από δομικές ανωμαλίες στα μιτοχόνδρια και απώλεια της φυσιολογικής λειτουργίας τους.

Για να διαπιστώσουν αν η μείωση της καρδιολιπίνης συμβάλλει άμεσα στις αλλαγές και δεν εμφανίζεται απλώς παράλληλα με αυτές, οι επιστήμονες μείωσαν πειραματικά τα επίπεδά της σε νεαρά ποντίκια.

Τα αποτελέσματα έμοιαζαν πολύ με όσα συμβαίνουν κατά τη φυσιολογική γήρανση: οι μυϊκές ίνες μετατοπίστηκαν από τον τύπο ταχείας συστολής προς τον τύπο βραδείας συστολής, όπως είχε παρατηρηθεί προηγουμένως σε ηλικιωμένα ποντίκια και ανθρώπους.

Ακόμη πιο εντυπωσιακό ήταν ότι η αποκατάσταση της καρδιολιπίνης περίπου στα δύο τρίτα της φυσιολογικής της συγκέντρωσης άρχισε να αναστρέφει τη μυϊκή απώλεια και απέτρεψε πλήρως τους πρόωρους θανάτους στα ζώα που είχαν επηρεαστεί.

Γιατί οι μύες θυσιάζουν δύναμη για να προστατευτούν

Περαιτέρω πειράματα έδωσαν μια απρόσμενη εξήγηση για τη μεταβολή. Η στροφή προς τις ίνες βραδείας συστολής φαίνεται να αποτελεί προστατευτική αντίδραση και όχι απλώς ένδειξη εξασθένησης της μυϊκής λειτουργίας.

Όταν μειώνονται τα επίπεδα καρδιολιπίνης, τα κατεστραμμένα μιτοχόνδρια παράγουν πολύ μεγαλύτερες ποσότητες δραστικών μορφών οξυγόνου (ROS). Αυτά τα ιδιαίτερα δραστικά μόρια μπορούν να βλάψουν κυτταρικές δομές, αλλά συμμετέχουν επίσης στη σηματοδότηση ότι κάτι δεν λειτουργεί σωστά.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι ROS συμβάλλουν στην έναρξη της μετάβασης από τις ίνες ταχείας συστολής στις ίνες βραδείας συστολής. Όταν χορήγησαν αντιοξειδωτικό σε μυϊκά κύτταρα με έλλειψη καρδιολιπίνης, ώστε να μειώσουν τις ROS, η μεταβολή ήταν λιγότερο έντονη.

Κεντρικό ρόλο στον συντονισμό αυτής της αντίδρασης έχει μια πρωτεΐνη που ονομάζεται ERRγ. Κατευθύνει τα κύτταρα να αναδιοργανώσουν τα μιτοχόνδριά τους και να αλλάξουν τα χαρακτηριστικά των μυϊκών ινών. Όταν οι επιστήμονες ανέστειλαν την ERRγ σε μυϊκά κύτταρα που καλλιεργήθηκαν στο εργαστήριο, η μετάβαση από τον έναν τύπο ινών στον άλλο σταμάτησε εντελώς.

Η ομάδα ανακάλυψε επίσης πώς οι νέες, αναδιαμορφωμένες ίνες συμβάλλουν στην άμυνα του οργανισμού.

Τα ποντίκια με ανεπαρκή καρδιολιπίνη απορροφούσαν από το αίμα σημαντικά περισσότερη γλυκόζη. Ωστόσο, οι μύες τους δεν χρησιμοποιούσαν κυρίως αυτή την επιπλέον ζάχαρη για την παραγωγή ενέργειας.

Αντίθετα, πειράματα με ειδικά επισημασμένη γλυκόζη έδειξαν ότι τα μυϊκά κύτταρα την κατεύθυναν στην παραγωγή δικών τους αντιοξειδωτικών. Με αυτόν τον τρόπο προστατεύονταν από τις βλαβερές συνέπειες της περίσσειας ROS.

«Η αλλαγή τύπου των μυϊκών ινών δεν σημαίνει ότι ο μυς αποτυγχάνει· σημαίνει ότι ανταλλάσσει δύναμη με προστασία. Γι’ αυτό και η παρέμβαση σε αυτή τη διαδικασία μπορεί να έχει αντίθετα αποτελέσματα: όταν χορηγήσαμε στα ποντίκια αντιοξειδωτικά για να εξουδετερώσουν τις ROS, οι μύες τους είχαν χειρότερη έκβαση, όχι καλύτερη», λέει ο επίκουρος καθηγητής Fabian Finger, πρώτος συγγραφέας και ένας από τους δύο επικεφαλής συγγραφείς της μελέτης, από το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης.

Ένας πιθανός νέος στόχος για την αντιμετώπιση της μυϊκής απώλειας

Τα ευρήματα ενδέχεται να ανοίγουν τον δρόμο για θεραπείες της μυϊκής εξασθένησης που σχετίζεται με την ηλικία. Ωστόσο, τα πειράματα που τεκμηρίωσαν τον προστατευτικό μηχανισμό και την αναστροφή της μυϊκής απώλειας έγιναν σε ποντίκια. Τα ανθρώπινα δείγματα μυών χρησιμοποιήθηκαν μόνο για να διαπιστωθεί ότι τα επίπεδα καρδιολιπίνης μειώνονται και στους ανθρώπους με την ηλικία.

Παρόλα αυτά, υπάρχουν ήδη τρόποι παρέμβασης στην καρδιολιπίνη.

Πρόσφατα, ο Οργανισμός Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ (FDA) έδωσε επιταχυνόμενη έγκριση στο elamipretide, φάρμακο που έχει σχεδιαστεί για να συμβάλλει στη σταθεροποίηση της καρδιολιπίνης, για τη θεραπεία του συνδρόμου Barth, μιας σπάνιας κληρονομικής διαταραχής. Αυτό δείχνει ότι η στόχευση του μορίου είναι ιατρικά εφικτή, αν και παραμένει άγνωστο αν το φάρμακο είναι αποτελεσματικό στην κοινή μυϊκή απώλεια που σχετίζεται με την ηλικία.

Ένας ακόμη πιθανός θεραπευτικός στόχος είναι η ERRγ, η πρωτεΐνη που βοηθά τους μύες να προσαρμοστούν στο στρες των μιτοχονδρίων.

Η ERRγ ανήκει σε μια οικογένεια πρωτεϊνών που ονομάζονται πυρηνικοί υποδοχείς. Οι πρωτεΐνες αυτές αποτελούν ήδη καθιερωμένους στόχους για περίπου το 10% έως 15% των φαρμάκων μικρού μορίου που έχουν εγκριθεί από τον FDA. Φάρμακα που ενεργοποιούν την ERRγ διερευνώνται επίσης σε προκλινικές μελέτες για άλλες ιατρικές εφαρμογές.

Τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι μελλοντικές θεραπείες θα μπορούσαν να αποκαθιστούν τα επίπεδα καρδιολιπίνης ή να επηρεάζουν τις προστατευτικές προσαρμογές που ελέγχονται από την ERRγ.

«Αυτό που με ενθαρρύνει περισσότερο είναι ότι ακόμη και η μερική αποκατάσταση της καρδιολιπίνης ήταν αρκετή για να επανέλθει ο μυς. Το ερώτημα τώρα είναι αν μπορούμε να αυξήσουμε την καρδιολιπίνη στους γηράσκοντες μύες ή να στοχεύσουμε την ERRγ, ώστε να ενισχύσουμε τις υγιείς προσαρμογές. Εκεί βρίσκεται η θεραπευτική προοπτική», λέει ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης Zachary Gerhart-Hines, αναπληρωτής καθηγητής στο Κέντρο Βασικής Μεταβολικής Έρευνας NNF του Πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης.

Στην έρευνα συμμετείχαν επιστήμονες από περισσότερα από 20 ιδρύματα. Επικεφαλής ήταν το Κέντρο Βασικής Μεταβολικής Έρευνας NNF του Πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης, σε συνεργασία με το Κέντρο Σηματοδότησης των Αδιποκυττάρων του Πανεπιστημίου της Νότιας Δανίας.

Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Ίδρυμα Novo Nordisk, το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας, το Ίδρυμα Lundbeck, τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας των ΗΠΑ και άλλους χρηματοδοτικούς οργανισμούς.