Consistente dagelijkse patronen van lichaamsbeweging en rust kunnen de lokale lichaamsklokken die verband houden met gewrichten en wervelkolom synchroniseren met de hersenklok, waardoor wij mogelijk ons skelet gezond kunnen houden, atletische prestaties kunnen verbeteren en blessures kunnen voorkomen, zo blijkt uit onderzoek aan de Universiteit van Manchester.
Hoewel de studie, die 14/11/23 in Nature Communications is gepubliceerd, werd uitgevoerd bij muizen, suggereren de wetenschappers dat er een grote kans is dat menselijk kraakbeen en tussenwervelschijven – die zeer vergelijkbare fysiologische eigenschappen hebben – op een vergelijkbare manier zullen reageren.
Het helpt ook om een observatie van 300 jaar geleden door dominee Wasse, rector van Aynho in Northamptonshire, aan Dr. Mead te contextualiseren, over het verschil in de lengte van een menselijk lichaam, tussen ochtend en nacht.
In de brief van de Royal Society citeerde de eerwaarde zijn observaties van soldaten die uit het leger waren ontslagen omdat ze te klein waren, met het argument dat we na een goede nachtrust ruim een halve centimeter langer zijn.
Dagelijkse ritmes in het gedrag en de fysiologie van zoogdieren worden gegenereerd door een circadiaans systeem dat afstemt op omgevingssignalen zoals licht en voeding.
Wetenschappers weten al lang dat een verkeerde afstemming tussen de centrale lichaamsklok in de hersenen en andere organen die hun eigen lichaamsklok hebben, het risico op pathologieën en ziekten zoals diabetes en hart- en vaatziekten kan vergroten.
Tot nu toe was er echter heel weinig bekend over de relatie tussen de klokken in het gewrichtskraakbeen – dat geen zenuw- of bloedtoevoer heeft – en de hersenen.
Het project werd gefinancierd door opeenvolgende subsidies van de Medical Research Council en Versus Arthritis.
Professor Qing-Jun Meng, senior auteur en expert lichaamsklokken van de Universiteit van Manchester, zei: “We hebben niet alleen vastgesteld dat een verkeerde uitlijning tussen de kraakbeen- en tussenwervel schijfklokken en onze centrale klok in de hersenen kan optreden door te oefenen op een ongepast tijdstip; we hebben ook het mechanisme gevonden waardoor dit gebeurt en dat skeletklokken zich kunnen synchroniseren met dagelijkse patronen van fysieke activiteit.
“Ons eerder werk ontdekte interne lichaamsklokken in tussenwervelschijven en kraakbeen die bij het ouder worden dempen. Belangrijk is dat gezond kraakbeen en tussenwervelschijven geen zenuwen en geen bloedtoevoer hebben, dus tot nu toe was het niet duidelijk hoe hun interne klokken synchroniseren met de hersenen.”
Professor Judith Hoyland, een andere senior auteur en expert op het gebied van wervelkolom/
“Verlies van botdichtheid, aangetast gewrichtskraakbeen en degeneratie van de tussenwervelschijven zijn primaire kenmerken van het ouder wordend skelet, die allemaal kunnen bijdragen aan pijn en verlies van mobiliteit.
“Belangrijk is dat we een nieuw klokmechanisme hebben geïdentificeerd dat ten grondslag ligt aan de veroudering van het skelet, dat verreikende gevolgen zou kunnen hebben voor het begrijpen van kwetsbaarheid en het ontwerpen van een efficiëntere behandeling van lichaamsbeweging en fysiotherapie om een goede gezondheid en mobiliteit van het skelet te behouden.”
Dr. Michal Dudek, hoofdauteur van de Universiteit van Manchester zei: “Terwijl we overdag staan en bewegen, wordt er water uit de tussenwervelschijven in onze wervelkolom gedrukt, evenals uit het kraakbeen in de heupen en knieën, waardoor we iets korter worden tegen het einde van de dag – precies zoals dominee Wasse 300 jaar geleden ontdekte.
“Maar wat hij niet wist, was dat dit een toename van de osmolariteit van het weefsel veroorzaakt, omdat dezelfde hoeveelheid mineralen nu in minder water wordt opgelost, waardoor de werkelijke concentratie toeneemt. Cellen voelen deze verandering in osmolariteit en synchroniseren de klokken in deze skeletweefsels.”
“Het water komt ‘s nachts terug als we rusten en de osmolariteit neemt af, hoewel deze richting van verandering geen effect had op de klok.
De wetenschappers onderzochten muizen die tijdens hun rusttijd dagelijks op een loopband trainden om te zien wat er gebeurde met de klokken in het kraakbeen, de tussenwervelschijf en de hersenen.
Ze bevestigden de bevindingen door tussenwervelschijven of kraakbeen explantaten van muizen in het laboratorium samen te drukken of ze bloot te stellen aan kweekmedium met een hogere osmolariteit binnen een normaal fysiologisch bereik. Beide resulteerden in een soortgelijk kloksynchronisatie effect.
Professor Qing-Jun Meng zei: “We hebben in feite een nieuw mechanisme geïdentificeerd om te begrijpen hoe onze lichaamsklokken zich afstemmen op de externe omgeving.
“De klokken zijn geëvolueerd als voorbereiding op voorspelbare ritmische veranderingen in de omgeving.
“Onze resultaten toonden aan dat fysieke activiteiten in de ochtend, geassocieerd met dagelijkse patronen van slaap-waakcyclus, timing informatie overbrengen van de lichtgevoelige centrale klok in de hersenen naar de gewichtdragende skeletweefsels. In feite vertelt het ons skeletsysteem dat het tijd is om wakker te worden.
Maar wanneer deze uitlijning wordt losgekoppeld van de hersenen, kan dit, net als bij andere organen en weefsels, negatieve gevolgen hebben voor onze lichamelijke gezondheid.
“Als de tijd waarop iemand traint voortdurend verandert, is men mogelijk gevoeliger voor deze desynchronisatie.
“Als men echter verandert wanneer men gaat sporten, maar dat regime dan een tijdje volhoudt, laten we zien dat de lichaamsklokken zich uiteindelijk weer op elkaar zullen afstemmen en dat men zich daaraan zal aanpassen.”
Hij voegde eraan toe: “Dus bijvoorbeeld het veelvuldig wisselen van tijdzone om deel te nemen aan sportevenementen, een facet van het leven van de internationale atleet, kan de atletische prestaties ondermijnen en hem vatbaarder maken voor blessures.
“Ons werk toonde aan dat klokken in het skeletweefsel van oudere dieren nog steeds reageren op dagelijkse bewegingspatronen. Daarom zouden wandelgroepen voor ouderen gunstiger kunnen zijn als ze elke dag op hetzelfde tijdstip plaatsvinden.”
Lucy Donaldson, directeur Research & Health Intelligence bij Versus Arthritis, zei: “We weten al dat lichaamsbeweging één van de beste manieren is om de pijn en de gevolgen van artritis te verminderen, en dit zeer vroeg onderzoek toont aan dat lichaamsbeweging op bepaalde tijden van de dag extra voordelen biedt voor mensen met artritis.
“De dagelijkse cyclus van 24 uur die ons lichaam volgt, zoals onze interne temperatuur die daalt als we slapen en onze bloeddruk die stijgt op bepaalde tijdstippen van de dag, staat bekend als ons circadiane ritme. Er zijn processen in ons lichaam die dit ritme gaande houden, ook wel ‘klokken’ genoemd, die allemaal gekoppeld zijn aan onze centrale lichaamsklok in de hersenen.
“Deze studie bij muizen onderzoekt een verband tussen de lokale klokken in gewrichtskraakbeen en de centrale lichaamsklok in de hersenen, waarvan de resultaten suggereren dat deze bijdragen aan de snelheid waarmee onze botten en kraakbeen in de loop van de tijd verslechteren. De bevindingen laten zien dat wanneer deze klokken uit synchronisatie gaan, onze botten en kraakbeen sneller achteruit gaan, maar als ze op één lijn liggen, wordt het proces vertraagd. Trainen op bepaalde tijden van de dag helpt om de klokken synchroon te houden en kan zo de progressie van artritis vertragen.
“Dit is een belangrijke ontdekking omdat het ons zou kunnen helpen om meer gerichte behandelingen te ontwikkelen voor aandoeningen van het bewegingsapparaat, zoals artritis, met behulp van lichaamsbeweging en fysieke activiteit.”
Vertaling: Andre Teirlinck