النشاط البدنيّ لشفاء العضلات

جميعنا معرّضون للإصابة في بعض الأحيان - سواء كان جرحًا صغيرًا في الإصبع أثناء تحضير السلطة، كدمة في الركبة بسبب السقوط، التواءً أو حتّى تمزقًا عضليًّا. لحسن الحظّ، تتمتّع العضلات بقدرة تجديديّة جيّدة جدًّا. اتّضح الآن أنّ هناك وسيلة بسيطة نسبيًّا يمكنها تعزيز هذه القدرة، على الأقلّ بالنسبة للفئران: النشاط البدنيّ.

كيف تُشْفى العضلة؟

العضلات الهيكليّة في جسم الإنسان منظّمة للغاية. إذا نظرنا إلى العضلة تحت المجهر، لن نتمكّن من تحديد خلايا منفصلة: تندمج خلايا العضلات الأوّليّة أثناء التطوّر الجنينيّ لتشكِّل، ليفًا عضليًّا طويلًا. تشكّل هذه الألياف حزمًا، والتي بدورها تشكّل العضلة نفسها. يحيط هذه الحزم الليفيّة والعضلات بأكملها نسيج ضام يحافظ على شكل العضلة والتنظيم الهرميّ لمكوّناتها.

فيديو تعليميّ عن البنية العضليّة (باللغة الإنجليزيّة مع ترجمة باللغة الإنجليزيّة)

تبدأ عمليّة شفاء العضلة بردّ فعل التهابيّ يحدث في الأنسجة مباشرةً بعد الإصابة. تبدأ الأنسجة العضليّة في التجدّد بعض بضعة أيام، ويمكن أن تستمرّ هذه العمليّة لأسابيع أو حتّى لأشهر، وذلك يعتمد على شدّة الضرر الذي لحق بالعضلة. تتضمّن عمليّة الشفاء مراحل عديدة وتشمل العديد من الخلايا؛ تلعب الخلايا التي تسمّى "الخلايا الساتليّة" (Myosatellite cell) دورًا رئيسيًّا، وهي الخلايا الجذعيّة الموجودة في العضلات الناضجة، حول ألياف العضلات. على غرار الخلايا الجذعيّة الأخرى، تكون الخلايا الساتليّة في حالة "سبات" في مكانها في الأنسجة العضليّة، وعند الحاجة، مثل حالات إصابة العضلة، تنشط وتبدأ بالانقسام، لتبدأ عمليّة إنشاء ألياف جديدة بدلًا من تلك المتضرّرة، أو ملء التمزّقات في الألياف.

تعتمد آليّة تنشيط الخلايا الساتلية بشكل كبير على بيئتها. تنشط الخلايا الساتليّة عندما تحتوي بيئتها على مواد من الجهاز المناعيّ، أو الجزيئات التي تفرز من الألياف المتضرّرة، كردّ فعل لإصابة العضلة بالضرر. تنقسم الخلايا الساتليّة المنشّطة وتنتج أليافًا عضليّة جديدة، حتّى تعود العضلة المصابة إلى وضعها الطبيعيّ. في نهاية العمليّة، تتلقى الخلايا الساتليّة إشارات لإيقاف نشاطها وإعادتها إلى حالة السبات. تعتبر هذه  العملية معقّدة، حيث تتطلّب "محادثة" كيميائيّة مستمرّة للإشارات الواردة من مجموعة متنوّعة من الخلايا والأنسجة العضلية. يتطلّب تحقيق شفاء مثاليّ للعضلات توازنًا دقيقًا بين هذه الإشارات. 

بالإضافة إلى ذلك، وُجِدَ أنّ الخلايا السلفيّة الدهنيّة-الليفيّة (Fibro-adipogenic progenitors، وبإختصار FAP) تؤثّر على نشاط الخلايا الساتلية. يمكن لخلايا FAP، كما يوحي اسمها، أن تتمايز إلى خلايا نسيج ضام أو خلايا دهنيّة، ولكنّها لا تشكّل أليافًا عضليّة. عادةً ما تكون هذه الخلايا في حالة خمول بين ألياف العضلات، مع ذلك، فإنّها تنشط في الأيام الأولى بعد إصابة العضلات، لملء الفراغات بين خلايا العضلات الممزّقة. بالتزامن مع ذلك، تبدأ في إفراز جزيئات التي تنشط الخلايا الساتلية. تبدأ كمّيّة خلايا FAP في الانخفاض إلى المستوى الأوّليّ في العضلات، فقط بعد حوالي أربعة أيام. نشرت دراسة أُجريت على الفئران، أنّه عند تعطيل عمل خلايا FAP الخاصّة بها، لوحظ وجود صعوبة في قدرة العضلات على التعافي بعد الإصابة. عندما قام الباحثون بزراعة خلايا FAP في العضلات المصابة لهذه الفئران، بدأت عمليّة تعافي العضلات. يدلّ هذا على أنّ خلايا FAP، على الرغم من أنّها غير قادرة على التمايز إلى خلايا عضليّة بنفسها، إلّا أنّها مهمّة وضروريّة للتعافي من إصابات العضلات.

عند تلقّي الإشارة المناسبة، تنشط الخلايا الساتلية وتبدأ في الانقسام وتكوين ألياف جديدة بدلًا من الألياف المدمّرة. رسم توضيحيّ للعمليّة المؤدّية من الخليّة الساتلية (يسار) إلى الألياف العضليّة | Shutterstock, Molecular Sensei

عندما تتعقَّد عمليّة الشفاء

قد نواجِه بعض المشاكل في عملية الشفاء؛ فقد لا تلتئم العضلات التالفة بشكل جيد أيضًا، فبدلًا من ألياف عضليّة جديدة، قد تمتلئ الفراغات في العضلات بالدّهون والأنسجة الضامّة المتندّبة، التي لا تحتوي على خصائص عضليّة حقيقيّة، مثل القدرة على الانقباض، الاسترخاء، وإنتاج القوة والمرونة. أظهرت الدراسات السابقة أنّ العضلة التي تحتوي على الكثير من الدهون والأنسجة الضامّة تكون أضعف. لا يقتصر الأمر على الإصابات التي تعرض العضلات للضرر؛  تحدث عمليّة تندّب مماثلة أيضًا لدى المرضى الذين يعانون من أمراض مزمنة مثل مرض السكّريّ، الأشخاص غير القادرين على الحركة لفترة طويلة مثلًا أثناء الاستشفاء، وحتّى خلال الشيخوخة.

عندما تتعقّد عمليّة الشفاء، تظلّ كمية خلايا FAP في الأنسجة العضليّة مرتفعة جدًّا حتّى في المراحل المتأخّرة من العمليّة. تشير الأدلة المتراكمة من الدراسات السابقة إلى أنّ هذه الخلايا تتحوّل بعد ذلك إلى خلايا دهنيّة وخلايا نسيج ضام، والتي على الأرجح تشكّل الندبات في العضلة. كيف يمكن أن تبدأ نفس خلايا FAP في عملية شفاء العضلة وكذلك تساهم في تندّبها؟ وفقًا لإحدى الفرضيّات، فإنّ خلايا FAP تلعب دورًا رئيسيًّا في بدء عمليّة الشفاء في العضلات: فهي تنقسم أوّلًا لتزيد عددها، ثمّ تدخل المنطقة المتضرّرة في العضلة وترسل إشارات إلى الخلايا الساتلية لإنتاج ألياف جديدة. بشكل متزامن، تقوم الخلايا الساتلية بإعادة بناء العضلات، بينما تبقى خلايا FAP في الأنسجة لتوفير الدعم الهيكلي للعضلة المصابة. مع تقدّم عملية الشفاء، تثبط الخلايا الساتلية وخلايا FAP نشاط بعضها، وتعمل كلّ منها على "تحفيز" الأخرى على الموت. تعود كمّيّة خلايا FAP الموجودة في منطقة التعافي إلى حالتها الأوّليّة، وبالتالي تنتهي عمليّة شفاء العضلة. وفقًا لنفس الفرضيّة، إذا فشلت الخلايا الساتلية في إنتاج ما يكفي من الألياف الجديدة، فإنّ خلايا FAP التي كان من المفترض أن تموت في نهاية الشفاء تبقى على قيد الحياة وتتمايز وتصبح جزءًا من العضلة، الأمر الذي يشير إلى أن الحاجة في ملء فراغات الأنسجة تفوق جودتها.

قد لا تلتئم العضلات المصابة جيّدًا. لاعب كرة قدم أصيب في ركبته | Shutterstock, K'Nub

كفاءَة النشاط

تتراكم من حولنا المعلومات حول فوائد النشاط البدنيّ المنتظم. بالإضافة إلى أنّه يقوي العضلات، فإنّه يحسّن الذاكرة، يوازن ضغط الدم ويقلّل من خطر الإصابة ببعض أنواع السرطان والأمراض المزمنة، بل ويخفّف من ضيق النفس. من ناحية أخرى، أحد المخاطر التي ينطوي عليها أداء النشاط البدنيّ بانتظام هو الإصابات المتعدّدة، بعد الإفراط في التدريب، النشاط غير المناسب، سوء التغذية، وغيرها. هذا الوضع، الذي يتمّ فيه بناء العضلات وتقويتها، وفي نفس الوقت إصابة وشفاء، يخلق ديناميكيّات معقّدة في الأنسجة العضليّة.

حاولت دراسة نشرت مؤخّرًا تسليط بعض الضوء على هذا التعقيد. أجرى الباحثون تجربة على الفئران لفحص مدى تأثير التمارين الرياضية على قدرة العضلات على التعافي بعد الإصابة. لفحص ما إذا كانت التغييرات التي تحدث في العضلة استجابة للتدريب البدنيّ قد تؤثّر في عملية الاستشفاء ونشاط الخلايا الساتلية، وإذا كان الأمر كذلك، فهل هذا التأثير يشجّع على تنشيطها أم بالأحرى يثبطها؟

للإجابة عن هذه الأسئلة، تم إخضاع الفئران للجري صعودًا لمدة ساعة يوميًا، خمس مرات في الأسبوع، لمدة ستة أسابيع. بعد ذلك، أُصيبت هذه الفئران في عضلاتهم، وتابع الباحثون عملية الشفاء لديهم. قارن الباحثون النتائج بينهم وبين الفئران من المجموعة الضابطة، التي تعرضت لنفس الإصابة ولكن لم تتدرّب قبل ذلك. كما ذكرنا، فإنّ وجود الخلايا الساتلية النشطة بكمّيّة عالية في منطقة الإصابة، بالإضافة إلى غياب أو وجود كمّيّة قليلة من الخلايا الدهنية وخلايا الأنسجة الضامة، يمكن أن يشير إلى عمليّة شفاء طبيعيّة. أظهرت النتائج أنّه بعد حوالي ثلاثة أيام من الإصابة، تمّ العثور على خلايا ساتلية أكثر نشاطًا وبروتينات مهمّة لبناء العضلات لدى الفئران التي خضعت للتدريب، مما يشير إلى ارتفاع معدّل تجديد الألياف العضليّة.

بالإضافة إلى ذلك، وجد الباحثون أنّ الخاصّتين اللتين تشيران إلى خلل في عمليّة الشفاء - وجود الخلايا الدهنيّة في العضلات وسماكة النسيج الضام - تمّ العثور عليها بكمّيّة أقلّ بكثير في عضلات الفئران التي خضعت للتدريب مقارنةً بالمجموعة الضابطة. تشير هذه النتائج إلى أنّ النشاط البدنيّ قد ساهم في تحسين عمليّة الشفاء بعد التعرّض لإصابة في العضلة.

هل يمكن للتغيّرات التي تحدث في العضلة استجابة للتدريب البدنيّ أن تؤثّر في عمليّات الشفاء؟ رجل يمارس الرياضة | Shutterstock, Ground Picture

عندما يختلف سلوك الخليّة

لفهم ما حدث بالضبط في العضلات التي خضعت تدريبًا والتي كان لها مثل هذا التأثير الكبير على شفائها، قام الباحثون بفحص خلايا FAP. يبدو أنّ هذه الخلايا موجودة في الفئران التي خضعت تدريبًا، بينما كانت مختلفة لدى الفئران من المجموعة الضابطة: نادرًا ما تنقسم هذه الخلايا لدى الفئران التي خضعت تدريبًا، بل أنّ بعضها أظهر علامات موت الخلايا المبرمج، ممّا أدّى إلى انخفاض عددها. يعتبر هذا اكتشافًا مثيرًا للدهشة، لأنّه إذا كانت خلايا FAP ضروريّة لشِفاء العضلات، فكيف يحدث ذلك في الأنسجة التي تحتوي على القليل منها؟

على الأرجح أنّ الإجابة تكمن في الاختلافات في نشاط الجينات في هذه الخلايا. اكتشف الباحثون أنّه مقارنة بالمجموعة الضابطة، أظهرت الفئران التي خضعت للتدريب أن خلايا FAP لديها تنتج البروتينات التي تحفّز تنشيط الخلايا الساتلية بشكل أكبر. على الأرجح أن تؤثّر التمارين الرياضة على خلايا FAP بحيث تزيد من قدرتها على تنشيط الخلايا الساتلية.

كذلك، وجدوا أنّ خلايا FAP أقلّ عرضةً للتحوّل إلى خلايا دهنية لدى الفئران التي خضعت للتدريب. في الواقع، أحدث النشاط البدنيّ تغييرًا في خلايا FAP لدى الفئران، بحيث قامت بتنشيط المزيد من الخلايا الساتلية، ومن ناحية أخرى انخفض عددها في الأنسجة ولم تتمايز إلى خلايا دهنية. أصبحت الصورة أكثر وضوحًا، على الرغم من أنه لا يزال يتعين علينا اكتشاف كيف يغيّر النشاط البدنيّ من وظيفة خلايا FAP.

ومن الممكن أن تؤثر التمارين الرياضية على الخلايا FAP بشكل يزيد من قدرتها على تنشيط الخلايا الساتلية. خلية ساتلية داخل الليف العضلي | Jose Calvo / Science Photo Library

ميوكين صغير، جُزيئة صغيرة ذات تأثير كبير

يمكن أن يؤثّر النشاط البدنيّ على الجسم بعدّة طرق. أحدها هو جعل الألياف العضليّة تفرز جزيئات تسمّى الميوكينات: وهي جزيئات صغيرة تفرزها العضلات استجابة لاقباضها، ويمكن أن تؤثّر على مجموعة متنوعة من الخلايا في الجسم بعدّة طرق. أحد الميوكينات يُسمّى ماسلين (Musclin)، وجد في دراسات سابقة أنّ إفرازها يساعد على تحسين القدرة على التحمّل، وظيفة القلب، تنظيم مستويات السكّر في الدم. فحص الباحثون كمّيّة الماسلين في الأنسجة العضليّة لدى الفئران، واكتشفوا أنّ النشاط البدنيّ تسبّب في زيادة إفرازِه، وأنّ كمّيّته في الأنسجة بقيت مرتفعة حتّى بعد أسبوعين من توقّف الفئران عن ممارسة الرياضة. استنادًا على هذا  الاكتشاف، افترض الباحثون أنّ الماسلين هو الحلقة المفقودة: حيث تفرزه العضلات استجابةً للتمرين، ممّا يغيّر من عمل خلايا FAP بطريقة تحسّن من عمليّة الشفاء.

اختبر الباحثون الفرضيّة في تجارب على مزارع الخلايا، وتحقّقوا ممّا يحدث لخلايا FAP في المزرعة عند إضافة الماسلين إليها. كان للماسلين تأثير مماثل لذلك الذي كان في الفئران التي خضعت للتدريب: منع الماسلين انقسام الخلايا وتمايزها إلى خلايا دهنيّة، وتسبّب في موت بعض منها.

بعد تأكيد هذه الفرضيّة من خلال مزارع الخلايا، كرّر الباحثون المقارنة بين الفئران الخاضعة للتدريب والمجموعة الضابطة، لكن هذه المرة استخدموا الهندسة الوراثيّة لمنع الفئران من إنتاج الماسلين بشكل مستقلّ. اتّضح أنّ الفئران التي خضعت للتدريب، لكنّها لم تنتج ماسلين، تعافت بشكل مماثل للمجموعة الضابطة. وفقًا لذلك، استنتج الباحثون أنّه عندما لا تتمكّن العضلات من إنتاج الماسلين، يفقد النشاط البدنيّ تأثيره على شفاء العضلات. 

في المرحلة التالية، حقن الباحثون الماسلين لفحص ممّا إذا كان يؤثر على خلايا FAP في الأنسجة العضليّة للفئران المعدلة وراثيًّا، واتضح لهم أنّ النتائج كانت إيجابيّة. بعد خمسة أيّام من حقن الماسلين، كانت كمّيّة الجزيئات مماثلة للكمّيّة الموجودة لدى الفئران غير المعدّلة وراثيًّا التي خضعت للتدريب، وكان لها تأثير مماثل على خلايا FAP. لذلك، يمكن اعتبار حقن الماسلين كعلاج للاشخاص الذين لا يستطيعون إنتاجه بأنفسهم. 

المساهمة الرئيسيّة لهذا البحث هي اكتشاف أنّ النشاط البدنيّ يحسّن من قدرة الجسم على الشفاء من الإصابات. يساهم الماسلين الذي يفرز من العضلة استجابة للتدريب، على تكوين ألياف عضليّة جديدة، وتقلّل من كمّيّة الخلايا غير المرغوب فيها في العضلة - تلك الخلايا الدهنيّة وخلايا الأنسجة الضامة. يبدو أنّ إفراز الماسلين طويل الأمد نسبيًّا، ويمكن أن يعزّز شفاء العضلات حتّى بعد أسابيع من التوقّف على التدريب. إذا كان ماسلين يؤثّر على الإنسان بطريقة مماثلة، فقد تكون لذلك أهمّيّة كبيرة في التعافي من الإصابات التي لا تسمح بالحركة أو النشاط البدنيّ لفترة طويلة من الزمن.

ما يزال هناك الكثير لاكتشافه - على سبيل المثال، كيف تؤثّر الميوكينات الأخرى المشاركة في عمليّات الشفاء العضليّ على العضلات، أو على بعضها؟ هل يوجد تأثير مشابِه لجميع أنواع النشاط البدنيّ؟ ومن المهمّ أيضًا أن نتذكّر أنّ التجارب على فئران المختبر لا تعني بالضرورة استنتاجات ذات صلة بالبشر. ومع ذلك، فإنّ نتائج الدراسة مشجّعة للغاية: ربما تمّ العثور على طريقة بسيطة ورخيصة لتعزيز عمليّات الشفاء في العضلات المتضرّرة بسبب الأمراض أو قلة النشاط أو الإصابة - لبدء ممارسة الرياضة. ومن الجدير بالتأكيد الاستمرار في دراسة هذا المجال من البحث.