Studi baru menunjukkan otot yang berolahraga membantu pertumbuhan neuron

• Tim peneliti MIT mengonfirmasi lewat eksperimen sel bahwa kontraksi otot yang terjadi saat berolahraga dapat mendorong pertumbuhan neuron motorik bukan hanya melalui sinyal biokimia, tetapi juga melalui gaya fisik
• Neuron motorik yang terpapar campuran myokine yang disekresikan oleh otot yang berolahraga tumbuh 4 kali lebih jauh dibanding neuron yang tidak terpapar
• Bahkan hanya dengan rangsangan mekanis berupa tarikan berulang maju-mundur pada neuron, seperti gerakan otot saat berolahraga, pertumbuhan yang muncul berada pada tingkat yang mirip dengan paparan myokine
• Dalam analisis gen, teramati perubahan ekspresi yang berkaitan dengan pematangan neuron, komunikasi dengan otot dan saraf lain, serta pematangan akson pada neuron yang menerima rangsangan olahraga
• Ada kemungkinan temuan ini dapat mengarah pada terapi terkait olahraga yang membantu pemulihan saraf yang cedera atau mengalami degenerasi serta meningkatkan mobilitas

---

Keterkaitan langsung antara olahraga dan pertumbuhan neuron

• Olahraga teratur memberi manfaat bukan hanya pada otot, tetapi juga pada tulang, pembuluh darah, dan sistem imun, dan eksperimen kali ini menunjukkan bahwa efek tersebut juga dapat menjangkau tingkat neuron individual
• Otot saat berkontraksi selama olahraga melepaskan campuran sinyal biokimia yang disebut myokine, dan sinyal ini memengaruhi pertumbuhan neuron
• Neuron yang terpapar myokine tumbuh 4 kali lebih jauh dibanding neuron yang tidak terpapar
• Neuron merespons bukan hanya sinyal biokimia, tetapi juga efek fisik dari olahraga
  • Saat neuron ditarik berulang kali maju-mundur seperti kontraksi dan relaksasi otot, muncul efek pertumbuhan yang mirip dengan paparan myokine
• Hasilnya dipublikasikan di Advanced Healthcare Materials

Pertanyaan yang berawal dari studi transplantasi otot sebelumnya

• Pada 2023, tim Ritu Raman melaporkan bahwa jika jaringan otot ditransplantasikan ke tikus yang mengalami cedera otot traumatis lalu digerakkan dengan rangsangan cahaya berulang, mobilitas dapat dipulihkan
• Seiring waktu, otot transplantasi yang berolahraga membantu pemulihan fungsi gerak tikus, dan tingkat aktivitasnya mencapai level yang sebanding dengan tikus sehat
• Analisis jaringan transplantasi menunjukkan bahwa olahraga teratur merangsang produksi sinyal biokimia yang diketahui mendorong pertumbuhan saraf dan pembuluh darah
• Untuk memastikan apakah otot yang berolahraga itu sendiri secara langsung memengaruhi pertumbuhan saraf, bukan tipe sel lain seperti sistem imun di dalam hewan, tim peneliti memisahkan dan menguji hanya jaringan otot dan saraf

Menggerakkan jaringan otot dan mengumpulkan sekresinya

• Tim peneliti menumbuhkan sel otot tikus menjadi serat panjang lalu menggabungkannya untuk membuat lembar jaringan otot matang seukuran koin
• Otot ini dimodifikasi secara genetik agar berkontraksi sebagai respons terhadap cahaya
  • Dengan menyorotkan cahaya berulang kali, mereka membuat otot berkontraksi seperti diremas dan merekonstruksi kondisi yang mirip dengan aktivitas olahraga
• Jaringan otot tumbuh dan berolahraga di atas matras gel yang sebelumnya dikembangkan oleh Raman
  • Gel ini dirancang untuk menopang jaringan otot dan mencegah jaringan terlepas selama stimulasi
• Larutan di sekitar otot yang berolahraga diperkirakan mengandung myokine, termasuk faktor pertumbuhan, RNA, dan berbagai protein
  • Otot memang melepaskan myokine secara normal, tetapi produksinya meningkat saat berolahraga

Myokine mendorong pertumbuhan neuron motorik

• Tim peneliti memindahkan larutan myokine ke neuron motorik yang ditempatkan pada cawan terpisah
  • Neuron motorik adalah saraf di sumsum tulang belakang yang mengendalikan otot yang terlibat dalam gerakan sukarela
  • Neuron ditumbuhkan dari sel punca yang berasal dari tikus dan dikultur di atas matras gel yang mirip dengan yang digunakan untuk jaringan otot
• Neuron yang terpapar campuran myokine mulai tumbuh dengan cepat
  • Mereka tumbuh 4 kali lebih jauh daripada neuron yang tidak menerima larutan biokimia
  • Jarak pertumbuhannya lebih panjang dan kecepatannya juga lebih tinggi, dengan efek yang muncul hampir seketika
• Analisis RNA mengonfirmasi perubahan ekspresi gen pada neuron yang menerima rangsangan olahraga
  • Banyak gen yang mengalami regulasi naik berkaitan bukan hanya dengan pertumbuhan neuron, tetapi juga dengan pematangan neuron
  • Perubahan gen yang terkait dengan komunikasi dengan otot dan saraf lain, serta pematangan akson, juga teramati
• Efek biokimia dari olahraga juga dapat terkait dengan proses yang membawa neuron ke kondisi yang lebih matang dan lebih fungsional

Efek fisik olahraga sama pentingnya dengan sinyal biokimia

• Tim peneliti memeriksa apakah pertumbuhan neuron dapat berubah hanya oleh gaya mekanis dari olahraga, tanpa sinyal biokimia yang berasal dari otot
• Satu set neuron motorik terpisah ditumbuhkan di atas matras gel yang berisi magnet kecil
  • Dengan magnet eksternal, matras dan neuron digoyangkan maju-mundur untuk “melatih” neuron selama 30 menit per hari
• Neuron yang menerima latihan mekanis tumbuh sebanyak neuron yang terpapar myokine
  • Mereka tumbuh jauh lebih panjang dibanding neuron yang tidak menerima rangsangan olahraga sama sekali
• Baik efek biokimia maupun efek fisik sama-sama dipastikan sebagai sumbu penting dalam pertumbuhan neuron
• Langkah selanjutnya adalah meneliti apakah stimulasi otot yang ditargetkan dapat digunakan untuk menumbuhkan dan menyembuhkan saraf yang rusak, serta memulihkan mobilitas orang yang mengalami penyakit neurodegeneratif seperti ALS
• Makalah: “Actuating Extracellular Matrices Decouple the Mechanical and Biochemical Effects of Muscle Contraction on Motor Neurons”

[GN⁺]

Opini Hacker News

• Karena beberapa komentar membacanya sebagai “latihan kekuatan membuat otak lebih kuat”, saya rangkum: studi ini membahas neuron motorik, bukan neuron di otak.
  Neuron motorik adalah neuron yang berada di antara sumsum tulang belakang dan sel otot, yang meneruskan sinyal dari otak menjadi kontraksi dan relaksasi otot.
  Sepertinya sudah diketahui bahwa olahraga meningkatkan inervasi otot, yakni resolusi jumlah neuron yang terhubung ke satu otot, dan bahwa ini merupakan mekanisme kontrol gerak halus yang dimiliki orang seperti pianis.
  Studi ini tampaknya memperjelas proses tersebut dan memberikan bukti empiris yang lebih kuat untuk mekanismenya. Jika bisa dimanfaatkan untuk pemulihan cedera saraf atau cedera sumsum tulang belakang, ini sangat menjanjikan.

  • Sebagai tambahan, ada juga sebagian bukti bahwa melalui mekanisme yang berbeda, latihan interval intensitas tinggi benar-benar membuat otak lebih kuat.
    Latihan HIIT membuat otot menghasilkan laktat, dan laktat ini melewati sawar darah-otak lalu memicu ekspresi brain-derived neurotrophic factor.
    BDNF penting untuk pertumbuhan dan perbaikan neuron, dan bisa meningkat cukup banyak hanya dengan sprint keras beberapa kali seminggu. Ini kabar baik bagi orang yang hanya punya beberapa jam seminggu untuk berolahraga.
    Saya kurang tahu apakah latihan angkat beban juga punya efek yang sama. Saya sudah lama tidak menelusurinya, jadi referensinya mungkin tertinggal dari riset terbaru.
    https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6246624/
    https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6435829/
  • Terkait hal ini, saya punya masalah yang agak aneh. Baru tahun ini saya menyadari otot betis kiri saya hampir 1 inci lebih kecil daripada yang kanan, dan rasanya benar-benar aneh.
    Saya tidak tahu mengapa pertumbuhan otot betis bisa timpang seekstrem ini, jadi saya mencoba calf raise satu kaki dengan kaki kiri, tetapi tidak bisa, dan sampai sekarang setelah 6–7 bulan pun masih belum bisa.
    Saya tidak melatih betis kiri secara terpisah; seperti biasa saya hanya berlari dan sesekali squat.
    Saya jadi berpikir mungkin ini terkait dengan neuron motorik yang tidak menyala dengan benar. Fisioterapis menyarankan peregangan betis dan jari kaki, tetapi bagi saya itu terasa tidak masuk akal karena menggerakkan otot atau tulang yang tidak bekerja sebagaimana mestinya mungkin malah memperburuknya.
    Saya tidak mendapat jawaban yang meyakinkan, tetapi setelah melihat makalah ini saya jadi berpikir mungkin ia tepat sasaran. Mengisolasi latihan otot betis mungkin dapat membantu neuron-neuron itu menyala.
    Saat ini belum sampai tingkat disabilitas, tetapi saya tidak tahu apa pengaruhnya terhadap keseimbangan saya 20–30 tahun lagi. Usia saya sekarang 47 tahun.

• Karena mengendalikan otot memerlukan neuron, masuk akal jika ada semacam feedback loop.
  Saya ingat pernah membaca bahwa ada feedback loop serupa antara pertumbuhan otot dan kepadatan tulang. Semakin kuat, tulang juga mendapat manfaat ke arah mampu menahan beban lebih tinggi.
  Sejauh yang saya pahami, rantai gerak berjalan dari sistem saraf → otot → tendon → tulang. Wajar untuk melihat semua unsur ini saling memperkuat dengan suatu cara.

  • Tulang rawan juga jangan dilupakan. Beban berulang secara teratur memicu pertumbuhan tulang rawan.
    Sumber: https://www.youtube.com/watch?v=6PNBjKJ9hxQ
  • Sea squirt mencerna otaknya sendiri ketika tidak lagi bergerak: https://scopeblog.stanford.edu/2022/07/20/what-can-sea-squir...
  • Melihat tulang sebagai organ endokrin juga masuk akal.

• Dua hal yang meningkatkan kejernihan mental dan tidur adalah berhenti minum alkohol dan latihan kekuatan.

  • Saya baru paham setelah membaca kalimat itu tiga kali. Awalnya saya kira maksudnya “tidak melakukan latihan kekuatan” yang meningkatkan kejernihan mental dan tidur.
  • Saya suka latihan kekuatan dan juga suka minum alkohol.
    Kalau saya punya masalah dengan kejernihan mental atau tidur, mungkin saya akan lebih menguranginya; saya juga pernah mencoba Dry January, dan terkejut karena tubuh saya tidak berubah sebesar yang saya kira. Mungkin 30 hari belum cukup lama.
  • Tidur yang baik meningkatkan kejernihan mental dan latihan kekuatan, dan tidak minum alkohol meningkatkan tidur yang baik serta latihan kekuatan.
    Semuanya saling memengaruhi.
  • Setuju, tetapi masa ketika tidur saya paling nyenyak dalam hidup adalah saat saya rutin melakukan Ashtanga yoga.
    Itu juga latihan yang sangat fisik, tetapi rasanya banyak melepaskan ketegangan otot yang sering tidak disadari padahal menjadi penyebab masalah tidur, seperti bahu, pinggul, dan hamstring.
    Saat melakukan Ashtanga, tidur saya lebih nyenyak, dan meski tidur lebih sedikit tubuh terasa lebih baik. Benar-benar menakjubkan. Karena beberapa alasan, saya kesulitan memasukkannya kembali ke kehidupan saya sekarang.
  • Setelah dua bulan tidak minum alkohol dan tidak merokok, tidur saya membaik luar biasa. Benar-benar tidak masuk akal bagusnya.
    Saya juga harus kembali ke gym, tetapi ketika rasa percaya diri sedang rendah, sangat sulit mengumpulkan tenaga untuk pergi. Sebenarnya itu justru alasan saya ingin kembali berolahraga, jadi agak konyol memang.

• Berjalan cepat selama satu jam, mendaki bukit, atau sekadar mengangkat beban 10–15 pon beberapa kali saja punya efek luar biasa untuk mengurangi kecemasan, meredakan kaku dan nyeri, serta membuat pikiran lebih lancar.
  Seluruh tubuh adalah sistem berpikir yang memiliki saraf dan otot, dan agar bekerja dengan baik ia membutuhkan umpan balik.

  • Seberapa banyak dari efek itu sebenarnya karena berada di luar ruangan sehingga karbon dioksida lebih rendah dibanding duduk di kantor yang pengap?

• Siapa pun yang pernah mulai berolahraga pasti menyadarinya. Dalam beberapa minggu pertama, kekuatan dan daya tahan meningkat sangat cepat karena perbaikan sinyal saraf, lalu setelah itu kecepatannya melambat ketika pertambahan otot mulai mendominasi.

  • Saya sering melihat pernyataan seperti ini, tetapi frustrasi karena tidak pernah mengalaminya sendiri. Rasanya somehow semua orang melakukannya dengan benar, sementara hanya saya yang melakukan sesuatu dengan salah.
  • Otot itu malas, dan sistem saraf pusat pasti jauh lebih malas lagi.

• Baiklah, saya hampir terdorong untuk mulai angkat beban.
  Kalau ada studi yang mengatakan rambut bisa tumbuh lagi, saya 100% akan mulai.

  • Saya paham soal rambut. Sekarang saya mulai memasuki fase “rambut rontok”, dan itu sampai membuat saya nyaris mengalami nervous breakdown.
    Dulu saya tidak terlalu peduli pada penampilan, tetapi rambut rontok benar-benar terasa berat. Finasteride membuat saya depresi dan Minoxidil terlalu merepotkan. Komentar seperti ini membuat saya merasa tidak sendirian.
  • Kalau bisa, sebaiknya mulai sekarang. Di antara teman-teman, saya selalu dikenal sebagai orang yang paling banyak duduk, malas, dan tidak suka berusaha, tetapi 5 bulan lalu saya berubah, dan saya menyesal tidak mulai lebih awal.
    Sepertinya ada unsur menantang diri sendiri yang baru bisa dipahami setelah memulainya.
  • Tidak ada efek negatifnya, jadi kenapa tidak?

• Saya tidak begitu paham bagian mana di sini yang diklaim sebagai hal baru. Bukankah efek myokine terhadap pertumbuhan dan kesehatan neuron adalah fenomena yang sudah dikenal?
  Atau ini kasus lain siaran pers MIT yang melebih-lebihkan riset?

• Kalau begitu, mengapa pasien cedera sumsum tulang belakang harus tetap diam?

  • Mungkin karena dalam situasi itu risiko cedera fatal yang bisa terjadi jika bergerak jauh lebih besar daripada manfaatnya.