Estudios previos han demostrado que la actividad muscular durante el ejercicio libera moléculas que viajan a través del torrente sanguíneo y benefician a las células cerebrales. Estas moléculas, como hormonas y vesículas extracelulares que contienen ARN, ayudan a las células cerebrales a formar conexiones más fuertes y comunicarse de manera más eficiente.
Sin embargo, el papel de los nervios que activan el movimiento muscular en este proceso no estaba bien definido. Con la edad, o debido a lesiones y enfermedades, las personas tienden a perder conexiones nerviosas a sus músculos. Esta disminución en el suministro nervioso puede llevar a la degradación muscular y contribuir a la disfunción de órganos, incluyendo el cerebro.
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El papel de los nervios en la comunicación músculo-cerebro
Un equipo de investigadores (Huang, 2024) se propuso investigar cómo las señales nerviosas a los músculos influyen en la liberación de moléculas que favorecen la función cerebral.
Su objetivo era comprender mejor los mecanismos de esta comunicación músculo-cerebro e identificar formas de preservar o mejorar esta conexión, especialmente en adultos mayores o en personas con enfermedades neuromusculares.
Para explorar el papel de las señales nerviosas en la comunicación músculo-cerebro, los investigadores crearon dos modelos diferentes de tejido muscular: uno que incluía células nerviosas y otro que no. Esto les permitió comparar los dos modelos y determinar cómo la presencia de nervios afectaba la capacidad del músculo para liberar moléculas que mejoran el desempeño del cerebro.
Los músculos como fábricas de moléculas cerebrales
Los músculos se colocaron en una placa de laboratorio, donde un grupo de tejidos recibió células nerviosas, permitiendo que las células musculares y nerviosas formaran conexiones similares a las que ocurren en el cuerpo. Estas conexiones nervio-músculo se conocen como uniones neuromusculares. El segundo grupo de tejidos musculares se dejó sin células nerviosas. Después de establecer estos dos grupos, los investigadores estimularon los músculos conectados a los nervios utilizando glutamato, un neurotransmisor que transporta señales en el cerebro y el sistema nervioso, para imitar el tipo de estimulación que los músculos recibirían durante el ejercicio.
La conexión nerviosa aumenta la liberación de moléculas beneficiosas
Los investigadores luego midieron la cantidad y los tipos de moléculas liberadas por los músculos en el fluido circundante. Específicamente, buscaron dos tipos de moléculas: hormonas, como la irisina, que se sabe que tienen efectos beneficiosos en el cerebro, y vesículas extracelulares, pequeñas partículas que transportan ARN y otras moléculas entre las células.
Además de medir la cantidad total de moléculas, el equipo también examinó los tipos específicos de ARN que se encuentran dentro de las vesículas, ya que estos fragmentos pueden influir en el desarrollo y la comunicación de las células cerebrales.
El estudio reveló varios hallazgos clave. Primero, los tejidos musculares conectados a los nervios liberaron significativamente más moléculas beneficiosas para el cerebro en comparación con los músculos sin nervios. Específicamente, los músculos conectados a los nervios produjeron niveles más altos de la hormona irisina, que se ha relacionado con los efectos positivos del ejercicio en la salud cerebral.
Se ha demostrado que la irisina apoya la función cerebral al cruzar la barrera hematoencefálica y promover la neurogénesis, el proceso por el cual se forman nuevas células cerebrales.
Además, los músculos conectados a los nervios también liberaron una mayor variedad de vesículas extracelulares, que transportaban fragmentos de ARN asociados con el desarrollo del cerebro y la comunicación neuronal. Estas vesículas son particularmente importantes porque pueden transportar señales moleculares que ayudan a las células cerebrales a formar conexiones más fuertes y comunicarse de manera más efectiva.
Cuando los investigadores estimularon los músculos conectados a los nervios con glutamato, vieron un aumento aún mayor en la liberación de irisina y vesículas extracelulares. Los fragmentos de ARN encontrados en las vesículas fueron más diversos en este grupo estimulado, lo que sugiere que las señales nerviosas a los músculos no solo aumentan la cantidad de moléculas liberadas, sino que también mejoran la complejidad de la carga molecular, haciéndola más beneficiosa para la función cerebral.
Implicaciones para la salud cerebral y el desarrollo de tratamientos
Estos hallazgos resaltan el papel crucial que juegan las señales nerviosas en la promoción de la comunicación músculo-cerebro. A medida que los músculos pierden sus conexiones nerviosas con la edad o debido a lesiones, su capacidad para liberar estas moléculas que apoyan el cerebro disminuye, lo que podría contribuir al deterioro cognitivo y otros problemas relacionados con el cerebro.
Limitaciones y futuras investigaciones
Aunque este estudio proporcionó nuevas ideas sobre el papel de los nervios en la comunicación músculo-cerebro, tuvo algunas limitaciones. Primero, los experimentos se realizaron utilizando tejidos musculares cultivados en laboratorio, que, aunque útiles para aislar ciertos factores, no replican completamente el entorno complejo de un organismo vivo. Los estudios futuros deberán probar si estos hallazgos se mantienen válidos en animales vivos y eventualmente en humanos.
En el futuro, los investigadores planean investigar los mecanismos precisos en la unión entre las células nerviosas y musculares. Esperan determinar si los impulsos nerviosos afectan directamente la producción de factores que estimulan el cerebro o si principalmente regulan su liberación. Este conocimiento podría ayudar a informar el desarrollo de terapias dirigidas para personas con enfermedades neuromusculares o pérdida muscular relacionada con la edad.
El equipo también tiene como objetivo utilizar sus modelos musculares de laboratorio como plataformas para producir de manera eficiente moléculas beneficiosas para el cerebro. Al simular el ejercicio en un entorno de laboratorio, esperan comprender mejor cómo mejorar la liberación de estas moléculas, allanando potencialmente el camino para nuevos tratamientos que imitan los beneficios del ejercicio para las personas que no pueden realizar actividad física debido a lesiones o enfermedades.
Fuentes y recursos de información
Huang, K.-Y., Upadhyay, G., Ahn, Y., Masayoshoi Sakakura, Pagan-Diaz, G. J., Cho, Y., Weiss, A. C., Huang, C., Mitchell, J. W., Li, J., Tan, Y., Deng, Y.-H., Ellis-Mohr, A., Dou, Z., Zhang, X., Kang, S., Chen, Q., Sweedler, J. V., Sung Gap Im, & Bashir, R. (2024). Neuronal innervation regulates the secretion of neurotrophic myokines and exosomes from skeletal muscle. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(19). DOI: 10.1073/pnas.2313590121
