Ученые доказали пользу упражнений при БАС
Умеренная физическая нагрузка в виде аэробных упражнений — это часть ежедневного распорядка людей со многими неврологическими заболеваниями. Но только не БАС. Новые данные клинических исследований, посвященных оценке определенных двигательных программ при БАС, позволяют надеяться на изменение ситуации.
У людей с БАС гибнут мотонейроны, что приводит к мышечной слабости и, в конечном итоге, к обездвиженности. Пытаясь остановить нейродегенеративный процесс, ученые исследуют вещества, называемые нейротрофинами, в том числе белки BDNF, GDNG, IGF-1 и VEGF, задача которых поддерживать здоровое состояние нерва и обеспечивать его связь с мышцей. Но доставить эти защитные белки безопасно в нужное место в нужное время и в нужной дозировке оказалось задачей не из легких. Кроме того, ученые до сих пор не могут точно определить, какой именно белок оптимален для защиты мотонейронов от гибели при БАС.
Результаты исследований показывают, что умеренные аэробные нагрузки (например, занятия на велотренажере или беговой дорожке) могут позволить дольше сохранять здоровье мышц и нервов при БАС, увеличивая выработку нейротрофинов в спинном и головном мозге. Более того, умеренные физические упражнения могут помогать бороться с болезнью благодаря повышению энергетических запасов, удалению поврежденных белков и снижению воспаления.
Однако до сих пор неврологи воздерживаются от назначения определенных физических упражнений своим пациентам. По мнению экспертов, все еще не хватает клинических данных, которые бы указывали, какие упражнения безопасны и принесут максимальную пользу людям с БАС. Новые клинические исследования должны прояснить ситуацию: программы физических упражнений будут опробованы у пациентов с БАС.
Что показали исследования на мышах с БАС
Упражнения поддерживают сердце в здоровом состоянии и поднимают дух. Но по мнению экспертов, короткие тренировки для болеющих БАС могут быть еще более полезны. Определенные умеренные аэробные упражнения укрепляют связь нервных волокон с мышцами и защищают их от разрушения.
Ученые впервые задумались о том, что физические упражнения могут иметь положительный эффект для людей с БАС еще в середине 1990-х, когда было замечено, что короткие аэробные тренировки значительно повышают уровень нейротрофинов в головном мозге — эти белки ответственны за защиту нервного волокна и стимулируют рост новых нейронов. В 1995 году команда нейрофизиологов университета Калифорнии под руководством доктора Карла Котмана показала, что у крыс, бегавших в колесе в течение недели, уровень нейротрофина BDNF вырос более, чем в два раза. Позже, в 2000 и в 2001 году, ученые университета Кахаля в Мадриде обнаружили, что нейротрофин IGF-1, который в больших количествах вырабатывается после умеренных аэробных нагрузок, в значительной степени защищает мозг крыс от повреждения и нейродегенеративных заболеваний.
Со временем исследователи выяснили, что умеренные аэробные упражнения увеличивают количество нейротрофинов, циркулирующих в крови, и у людей, включая пациентов с рассеянным склерозом и травмами спинного мозга.
Воодушевленные тем, что короткие аэробные нагрузки усиливают нейропротекторные механизмы, в начале 2000-х ученые решили посмотреть, смогут ли упражнения затормозить болезнь у мышей с БАС. В 2003 и 2005 гг. исследования показали, что незначительные беговые тренировки увеличивали продолжительности жизни больных БАС мышей. И, наконец, в 2009 году ученые из университета Декарта в Париже обнаружили, что плавание значительно отсрочило первые клинические проявления заболевания и примерно на 50% снизило количество погибших нейронов в спинном мозге у мышей.
Какое воздействие оказывают тренировки
Ученые, однако, подозревают, что умеренные аэробные нагрузки могут иметь существенно большее значение для поддержания здоровья мотонейронов у людей с БАС. Тренировки могут поддерживать мотонейроны за счет увеличения числа олигодендроцитов: считается, что эти клетки-спутники нейронов в спинном и головном мозге отчасти дают митохондриям необходимые вещества для продукции энергии, поддерживая энергетические потоки в дистальных отделах аксонов и нервных окончаниях. В 2011 году ученые из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе показали, что у мышей, которые бегали в колесе в течение недели, в спинном мозге в два раза увеличилось количество предшественников олигодендроцитов, так называемых NG2+ клеток. А еще в 2009 году ученые университета Декарта в Париже обнаружили, что у мышей с БАС, которых заставляли регулярно плавать, уровень олигодендроцитов был почти равен показателям здоровых сородичей, в то время как у группы животных, которые не плавали, количество этих клеток сократилось на треть.
Ученые обнаружили, что умеренные тренировки стимулируют выработку защитных факторов в центральной нервной системе. На иллюстрации показаны уровни нейропротектина BDNF (желтый, красный) в головной мозге тренированных (B) и нетренированных (A) мышей. Neeper, S.A. et al (1995), журнал Nature.Более того, тренировки могут держать под контролем воспаление в нервной ткани. Специалисты университета Декарта в 2009 году обнаружили, что плавание значительно сокращает популяцию активированных астроцитов у мышей с БАС до уровня здоровых сородичей, что в свою очередь снижает количество разрушительных воспалительных цитокинов в спинном мозге.
В 2011 году ученые университета Иллинойса в Урбане показали, что у мышей, которые регулярно бегали в колесе, в два раза увеличилось численность микроглии, которая производит нейротрофин IGF-1. Это открытие позволяет предположить, что умеренные аэробные нагрузки стимулируют микроглию к переходу от нейротоксичного к нейропротекторному состоянию.
«Потенциальные эффекты упражнений очень разнообразны, — говорит врач-невролог Николас Марагакис из медицинской школы университета Джона Хопкинса. — Именно поэтому тренировки так привлекают».
Эти возможные эффекты могут быть только вершина айсберга. Согласно недавнему исследованию на мышах, умеренные аэробные нагрузки активизируют своеобразные «нейропылесосы», уменьшая выраженность воспаления. Их называют аутофагосомами. Такие «пылесосы» могут замедлять разрушение нейронов, поглощая агрегаты белков и поврежденные митохондрии, которые накапливаются во время болезни. Тем самым снижается количество активных форм кислорода, которые тоже разрушают двигательные нервные клетки. В дальнейшем исследователи из медицинского колледжа Бэйлорского университета надеются понять, может ли эта аутофагия, которую стимулируют активные тренировки, помочь защитить клетки от нейродегенеративного заболевания.
«Мы знаем, что, скорее всего, аутофагия — это как раз защитный механизм против такого рода болезней, — говорит терапевт медицинского колледжа Бэт Левин, руководитель исследования. — Стимулирование аутофагии может использоваться как стратегия лечения».
Почему врачи не спешат рекомендовать упражнения
Перенести опыт умеренных аэробных тренировок у мышей на людей оказалась довольно сложной задачей. А внедрение физических упражнений в ежедневную практику — предмет постоянных споров и до сих пор вызывает много противоречий.
Все больше ученых склоняются к мнению, что умеренные аэробные нагрузки такие, как занятия на велотренажере, могут быть полезны людям с БАС. Но применение, интенсивность и длительность подобных упражнений все еще остается темой для обсуждения. Некоторые неврологи опасаются, что регулярная физическая нагрузка, наоборот, может ускорить прогрессирование заболевания, вызвав увеличение продукции активных форм кислорода. Это может способствовать более быстрому разрушению ослабленных мышц и увеличению выраженности воспаления в соединяющихся с ними нервах. Но еще большее число неврологов считают, что отсутствие какой бы то ни было физической активности — это куда больший риск для здоровья людей с БАС. А умеренные нагрузки помогут добиться пользы, снизив риск неблагоприятных эффектов.
«Я действительно убежден, что подвижность — это очень важно, — говорит Николас Марагакис, невролог из университета Джона Хопкинса. — Своим пациентам я рекомендую заниматься через день. Но тренировки должны быть построены таким образом, чтобы не было переутомления и боли в мышцах».
Большинство опубликованных клинических исследований, в которых оценивались достоинства и недостатки физических тренировок, проводились у пациентов с другими нервно-мышечными заболеваниями, например, с осложнениями от полиомиелита, но не с БАС.
«Нет доказательств, что физическая нагрузка вредна больным БАС», — говорит невролог Оксфордского университета, член королевского колледжа врачей Мартин Тернер.
Поэтому многие неврологи находятся в очень затруднительном положении. С одной стороны, упражнения могут помочь и в целом полезны для общего самочувствия их пациентов. Но с другой — где та граница, когда нагрузки уже достаточно, но еще не слишком много? Какие именно упражнения стоит выполнять?
На данный момент врачи не могут опираться на результаты исследований по нагрузкам, поскольку они были проведены менее чем у 25 пациентов с БАС. Непонятно, какие именно упражнения безопасны и максимально полезны при минимальных рисках.
«Нам важно знать, какие именно виды упражнений обладают наибольшим защитным потенциалом, как долго и как интенсивно нужно тренироваться», — говорит врач-нейрофизиолог Люк Дюпюи из Страсбургского университета.
Первые исследования воздействия тренировок на людей с БАС
В середине 1990-х гг. терапевт Анабела Пинто из Лиссабонского университета находилась в крайне подавленном состоянии: она хотела, но не могла сделать больше для своих пациентов с БАС. Неинвазивная вентиляция легких, как выяснилось, продлевала жизнь, но никак не улучшала ее качество и никак не тормозила прогрессирование заболевания. Надеясь хоть как-то поменять эту ситуацию, Анабела решила каждый день давать пациентам физические упражнения.
Еще в 1999 году исследователи из Лиссабонского университета выявили, что у группы из восьми пациентов с БАС, у которых была физическая нагрузка, за год реабилитации темпы ухудшения дыхательной функции замедлились (форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), P<0,002). Всего в контролируемом клиническом исследовании принимали участие 20 пациентов с БАС.
Стратегия, которой пользуется команда специалистов на базе госпиталя Святой Марии, основана на стандартной велоэргометрии. При упражнениях на велотренажере или на беговой дорожке в течение 10-20 минут, повышается выброс кислорода на 60-65% (и на 70-75% увеличивается частота сердечных сокращений), что достаточно, чтобы слабеющие мышцы работали, но не утомлялись и не повреждались. Тренировки проводятся три дня в неделю.
Специалисты проводят кардиопульмональные тесты с физической нагрузкой — исследование, определяющее максимальное потребление кислорода. Это основной показатель, по которому ученые могут определить, в какой момент мышцы подвергаются чрезмерной нагрузке и могут быть повреждены. Таким образом с помощью регулярной аэробной нагрузки в течение короткого промежутка времени ученые надеются поддерживать быстросокращающиеся мышцы, чтобы они могли обеспечить оптимальную частоту дыхательных движений и выполнять быстрые движения. Это именно те мышечные волокна, которые быстрее всего атрофируются у людей с БАС.
В течение нескольких следующих лет ученые внедрили программу упражнений в работу клиники в Лиссабоне. При необходимости больным обеспечивается неинвазивная вентиляция легких и приспособления для поддержания положения тела.
«Сейчас наша цель включить упражнения на всех стадиях болезни», — говорит доктор Пинто.
На конгрессе по БАС в 2011 году, который проходил в Австралии, команда ученых Лиссабонского университета сообщила, что у пациентов, которые участвовали в программе с применением контролируемой физической нагрузки, состояние по шкале оценки ALS-FRS ухудшалось значительно медленнее, а продолжительность жизни после реабилитации увеличилась (p = 0,04). Период наблюдений в данном исследовании составил один год. В нем принимали участие 40 человек.
Теперь команда в госпитале святой Марии активно работает над тем, чтобы адаптировать эту программу для тренировок дома. Параллельно специалисты стараются улучшить систему упражнений таким образом, чтобы ею могли пользоваться и пациенты с нарушением способности к целенаправленным действиям, что наблюдается примерно у 50% людей с БАС.
«Я очень хочу сделать эту программу упражнений доступной для максимального числа пациентов», — говорит доктор Пинто.
Но подразделение, которое занимается нервно-мышечными заболеваниями в госпитале святой Марии, очень маленькое. Команде удалось поработать лишь с малым числом больных. Для того чтобы ввести специфические терапевтические программы в ежедневную практику, по мнению экспертов, необходимы более масштабные исследования.
У больных БАС нервно-мышечное соединение становится нестабильным, в результате чего нервные волокна «открепляются» от мышц, а это, в свою очередь, ведет к обездвиженности. По мнению экспертов, упражнения могут помочь стабилизировать эти соединения. Теперь группа неврологов под руководством Николаса Марагакиса из медицинской школы университета Джона Хопкинса надеется провести клиническое исследование, которое покажет, есть ли положительные эффекты от тренировок у людей с БАС. В исследовании, которое пройдет в течение шести месяцев в четырех центрах США, пациентов с БАС разделят на три группы: одни будут заниматься на велотренажерах (аэробные нагрузки), другие — тяжелой атлетикой (упражнения на сопротивление) и стретчингом (стандартный подход). У пациентов будут оцениваться несколько показателей: мышечная сила/утомляемость, признаки снижения функции мышц и качество жизни. Ожидается, что в исследовании примут участие 60 пациентов с возможным, вероятным и достоверным БАС.
«Сильная сторона этого исследования — возможность реально определить безопасность и толерантность людей с БАС к такого рода нагрузкам, — объясняет Николас Марагакис, невролог медицинской школы университета Джона Хопкинса. — Думаю, это начало большого пути».
Ученые надеются, что программа, которую эксперты разработали для пациентов с БАС, выйдет за пределы зала для тренировок. Поняв глубинные механизмы, которые стоят за пользой от упражнений, специалисты хотят разобраться в основах нейропротекторного действия физической нагрузки и найти более эффективное лечение от БАС.
Ученые в медицинской школе университета Джона Хопкинса надеются, что положительный эффект тренировок будет полезен в будущих клинических исследованиях, если сейчас удастся вычислить количество циркулирующих нейротрофинов и попытаться определить изменения в структуре мышечного волокна у людей с БАС, которые будут заниматься по программе.
Врач-нейрофизиолог Люк Дюпюи из Страсбургского университета считает, что данные могут помочь исследователям в борьбе с одним из самых тяжелых проявлений болезни — денервацией, при которой двигательный нейрон теряет связь с мышцей, что приводит к слабости и неизбежной пока обездвиженности.
«Во время тренировок нейромышечные соединения укрепляются и стабилизируются, — говорит Дюпюи. — Если мы поймем, что именно происходит во время упражнений, мы сможем найти новые терапевтические подходы для лечения БАС».