Zusammenfassung:
Knochen spielen im menschlichen Körper eine wichtige Rolle, etwa die Unterstützung des Körpers, die Speicherung von Kalzium und die Produktion von Blutzellen. Doch Wissenschaftler haben jetzt herausgefunden, dass sie möglicherweise auch eine bisher unterschätzte Funktion haben: Durch die Wahrnehmung mechanischer Belastungen setzen sie Proteine frei, die andere Organe schützen können und so den Alterungsprozess des gesamten Körpers beeinflussen.
Eine neue Studie eines chinesischen Forschungsteams ergab, dass die regelmäßige Anwendung von sanftem, regelmäßigem mechanischem Druck auf das Schienbein von Mäusen nicht nur die Knochengesundheit verbessert, sondern sich auch positiv auf Gehirn, Leber, Muskeln und Immunsystem auswirkt. Die mittlere Lebenserwartung behandelter älterer Mäuse erhöhte sich um durchschnittlich 9,4 %, was einer Verlängerung von etwa 80 Tagen entspricht.
Diese Studie wurde von Wissenschaftlern der Guangzhou Southern Medical University geleitet und konzentrierte sich auf eine Art Knochenzelle, die mechanische Kraft wahrnehmen kann – Osteozyten. Sie sind im Knochengewebe weit verbreitet, können den Druck und die Verformung von Knochen spüren und helfen den Knochen, sich an körperliche Betätigung und Körperbelastung anzupassen, indem sie den Stoffwechsel des Knochengewebes regulieren.
Die Forscher fanden heraus, dass der PIEZO1-Proteinspiegel im Knochengewebe sowohl von Mäusen als auch von Menschen mit zunehmendem Alter allmählich abnahm. PIEZO1 ist ein mechanosensitiver Ionenkanal, der äußere mechanische Reize in biologische Signale innerhalb von Zellen umwandeln kann und eine wichtige Rolle bei der Wahrnehmung von Stress durch Knochenzellen spielt.
Um diesen Mechanismus besser zu verstehen, zerstörten die Forscher zunächst den PIEZO1-Kanal in Knochenzellen erwachsener Mäuse chemisch. Es wurde festgestellt, dass diese Mäuse deutlich schneller Alterungserscheinungen zeigten und die Auswirkungen nicht nur auf die Knochen selbst beschränkt waren. Mehrere Organe wie Gehirn, Leber und Muskeln waren ebenfalls betroffen, wobei sich die mittlere Lebensdauer bei weiblichen Mäusen um etwa 11 % und bei männlichen Mäusen um 13 % verkürzte.
Diese Entdeckung veranlasste das Forschungsteam, eine neue Frage aufzuwerfen: Wenn die Schwächung der Fähigkeit der Knochen, mechanischen Druck wahrzunehmen, den Alterungsprozess beschleunigt, kann dann umgekehrt die aktive Ausübung von mäßigem Druck auf die Knochen den Alterungsprozess verzögern?
Um diese Idee zu testen, entwickelten die Forscher ein spezielles mechanisches Belastungsgerät, um ab einem Alter von 20 Monaten leichten, rhythmischen Druck auf das Schienbein von Mäusen auszuüben. Dieses Alter gilt als hohes Alter für Mäuse. In dem Experiment wurden die Mäuse unter Narkose behandelt, und die Forscher übten durch das Gerät wiederholt kleine Belastungen auf das Schienbein aus und beobachteten Veränderungen in ihrem Körper.
Die Ergebnisse waren überraschend. Mäuse, die eine mechanische Stimulation ihrer Knochen erhielten, lebten nicht nur länger, sondern zeigten auch eine verbesserte Blutzuckerregulierung und Knochenstruktur. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass Entzündungsindikatoren und Zellalterungsmarker in mehreren Organen dieser Mäuse abnahmen. Auch das Immunsystem, das bereits Alterungserscheinungen zeigte, zeigte einen jugendlicheren Zustand. Insbesondere kam es zu positiven Veränderungen im Gewebe, das für die Bildung von Blutzellen im Knochenmark verantwortlich ist.
Das Forschungsteam suchte dann weiter nach dem spezifischen Mechanismus, durch den Knochen Signale an andere Organe übertragen.
Sie übertrugen das Plasma von Mäusen, die eine mechanische Knochenstimulation erhielten, auf andere ältere Mäuse und stellten fest, dass auch bei letzteren einige gesundheitliche Verbesserungen zu verzeichnen waren. Dies zeigt, dass nach der mechanischen Stimulation der Knochen bioaktive Substanzen im Blut auftreten können, die systemische Gewebe beeinträchtigen können.
Eine Substanz, die viel Aufmerksamkeit erhalten hat, ist der Pigmentepithel-Derive-Faktor (PEDF). Dabei handelt es sich um ein Protein mit vielfältigen gewebeschützenden Wirkungen. Die Studie ergab, dass der PEDF-Spiegel im Blut von Mäusen signifikant anstieg, nachdem die Knochen mechanischer Belastung ausgesetzt waren. Weitere Experimente zeigten, dass die direkte Injektion dieses Proteins in ältere Mäuse auch eine Reihe von Alterungsindikatoren verbessern und ihre kognitiven Fähigkeiten und ihre körperliche Aktivitätsleistung verbessern könnte.
Das bedeutet, dass Knochen möglicherweise nicht nur passive Stützstrukturen im Bewegungsapparat sind, sondern auch an der systemischen physiologischen Regulierung durch Mechanosensorik und Proteinsekretion beteiligt sind. Die gesundheitlichen Vorteile von Bewegung können zum Teil auch auf chemische Signale zurückzuführen sein, die von Knochen an andere Organe abgegeben werden, und gehen über die bloße Verbesserung der Muskelaktivität und der Herz-Lungen-Funktion hinaus.
Dieser Befund ist ein interessantes Echo einer anderen Studie von Anfang dieses Jahres. Damals beobachteten Wissenschaftler Verbesserungen des Stoffwechsels, der Knochendichte und anderer Gesundheitsindikatoren bei Mäusen, indem sie winziges Muskelgewebe implantierten, das sich von selbst zusammenziehen konnte. Die beiden Studien zusammen weisen auf eine Richtung hin, die Aufmerksamkeit verdient: Muskeln und Knochen sind nicht nur dafür verantwortlich, dass sich der Körper bewegen kann, sondern setzen auch biologische Signale frei, die während der Bewegung andere Gewebe beeinflussen.
Die Forscher betonten jedoch, dass die aktuellen Ergebnisse nicht direkt darauf schließen lassen, dass Menschen ihre Lebensspanne durch das Zusammendrücken von Knochen verlängern können. Dieses Experiment wurde an Mäusen durchgeführt. Es ist nicht erwiesen, dass dieselbe mechanische Stimulationsmethode beim Menschen ähnliche Wirkungen hervorrufen kann, und es gibt keine Hinweise darauf, dass diese Methode die Lebenserwartung des Menschen um fast 10 % verlängern kann.
Darüber hinaus haben Forscher nicht festgestellt, ob PEDF für die mechanische Stimulation der Knochen notwendig ist, um die volle Anti-Aging-Wirkung zu erzielen. Möglicherweise sind auch andere Proteine, Veränderungen des Immunsystems und verschiedene Zellsignalwege beteiligt.
Die Forschung beweist auch nicht, dass die Belastung Ihrer Schienbeine zweimal pro Woche die allgemeinen gesundheitlichen Vorteile von Gehen, Schwimmen oder Krafttraining ersetzen kann. New Atlas weist darauf hin, dass die eigentliche Sorge nicht darin besteht, dass Knochen auf eine besondere Art und Weise gequetscht werden, sondern dass diese Studie den tiefen Zusammenhang zwischen körperlicher Aktivität und der mechanischen Knochenwahrnehmung weiter aufdeckt.
Wenn zukünftige Forschungen diesen Mechanismus beim Menschen bestätigen können, können Wissenschaftler möglicherweise Behandlungen entwickeln, die auf das mechanosensorische System der Knochen abzielen und neue Möglichkeiten zur Gesundheitsintervention für Menschen bieten, die aufgrund von Krankheit, Mobilitätseinschränkungen oder körperlichem Verfall Schwierigkeiten haben, regelmäßig Sport zu treiben.
Relevante Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Cell Metabolism“ veröffentlicht. Diese Studie liefert eine neue biologische Erklärung für das Verständnis, warum körperliche Betätigung das Altern verzögern kann. Es deutet auch darauf hin, dass Knochen möglicherweise weitaus aktiver sind als die herkömmliche Wahrnehmung. Sie unterstützen nicht nur den Körper, sondern können durch die Ausschüttung chemischer Signale auch zur Erhaltung der Gesundheit des gesamten Körpers beitragen.
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